近日，日本横滨国立大学研究人员开发了一种高容量体积稳定固态电池正极材料，该成果发表在自然材料（Nature Materials）期刊，将其与合适的固体电解质和负极混合，在全固态电池中对其进行了测试——该电池的容量为300mA.h/g，在400次充电/放电循环后没有退化。
固态电池（Solid-state batteries，SSBs）在过去几年中成为研究热点，相比液态电解质锂电池，它的优点不仅在于安全性，也在于其充电速度更快。但SSB的耐用性仍是限制其应用的主因——当锂离子插入电池的电极或从电极中脱出时，材料的晶体结构会发生变化，从而使电极膨胀或收缩。这些体积的反复变化会破坏电极和固体电解质之间的界面，并导致电极晶体化学发生不可逆的变化。
本次研究团队关注的材料是Li8/7Ti2/7V4/7O2，这是一种由钛酸锂(Li2TiO3)和二氧化锂钒(LiVO2)的优化部分组成的二元系统。材料球磨至适当粒径，锂离子可在充放电过程中插入和提取可逆进行，从而达到高容量。该系统的不凡之处在于，完全充电和完全放电时的体积几乎相同。
研究人员认为，这是锂离子插入晶体或从晶体中脱出时发生的两种独立现象之间良好平衡的结果。一方面，“脱锂”会导致晶体收缩；另一方面，一些钒离子从它们原来的位置迁移到锂离子留下的空间，以获取更高的氧化态。这导致与氧气的排斥相互作用，进而产生晶格的膨胀。“当收缩和膨胀达到很好的平衡时，电池在充电或放电时（即循环过程中）会保持尺寸稳定性。”
研究人员表示可以通过进一步优化电解质的化学成分来开发一种在电化学循环中保持其体积的材料，以此制造出在价格、安全性、容量、充电速度和寿命方面足以用于电动汽车的电池。“例如，在未来有可能在短短五分钟内为电动汽车充满电。”
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