能量密集型全固態鋰基電池(ASSLBs)的開發需要在室溫下具有離子導電性和可壓縮性的正極活性材料。事實上,這些材料的特性有助于顯著減少復合電極中固態電解質的數量,從而使活性材料的質量負載更高。
圖1. 不同加工條件下LTC的電導率
中科大馬騁等提出合成和使用氯化鈦鋰(Li3TiCl6)作為室溫離子導電(即25℃時為1.04 mS cm-1)和可壓縮的活性材料,以用于全固態鋰基電池。
研究顯示,復合正極中Li3TiCl6的比例可以達到95wt%(另外5wt%是碳黑),這超過了大多數文獻中ASSLBs的比例(通常低于80wt%),但仍能提供良好的電池性能,當與Li-In合金負極和Li6PS5Cl/Li2ZrCl6固態電解質結合測試時,獲得了約90 mAh g-1的初始放電容量和約2.53 V的平均電池放電電壓。
圖2. 基于Ti3+/Ti4+氧化還原對的Li-In|LPSCl|LZC|LTC電池的電化學性能
此外,當使用這種復合正極組裝的全固態電池在25℃和1.5噸的外部壓力下以95.2 mA g-1進行充放電時,經過388次循環后容量保持率超過80%;即使在2500次循環后,容量保持率仍保持在62.3%。
另外,作者還報告了”單Li3TiCl6“電池的組裝和測試,其中這種氯化物材料被同時用作固態電解質、負電極和正電極。這些結果指出,幾乎沒有探索過的過渡金屬氯化物值得在未來的研究中進行更廣泛和深入的探索。
圖3. “單Li3TiCl6“電池的性能
Li3TiCl6 as ionic conductive and compressible positive electrode active material for all-solid-state lithium-based batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-37122-7
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