△复合正极和均质化正极在充电过程中微观结构演变示意图
与传统材料相比,该材料具有高电导率、高能量密度、长使用寿命等优势:
1. 高电导率:这种新材料兼具高离子电导率、高电子电导率,比传统的电池材料(层状氧化物正极材料)高出1000倍以上。这意味着,即便不依赖导电助剂,正极也能顺畅地完成充放电过程,显著提升了电池的整体性能。
2. 高放电比容量:新材料的放电比容量较高,达到250毫安时每克,超过了目前使用的高镍正极材料。在相同的重量或体积下,新材料的电池能够存储更多的电能。不仅能够让电池在不频繁充电的情况下持续运行更长时间,提高续航能力;而且减小电池的体积,有助于设计更紧凑的设备。
3. 低体积变化:在充放电过程中,新材料的体积变化仅为1.2%,远低于传统材料(层状氧化物正极材料)的50%。这种微小的体积变化有助于维持电池结构的稳定性,从而延长电池的使用寿命。
4. 高能量密度:使用这种新材料的全固态锂电池,其能量密度达到390瓦时每千克,是目前所报道长循环全固态锂电池的1.3倍。
5. 长使用寿命:使用该材料的全固态锂电池可以实现大于10000圈的超长循环,电池在经过5000次循环充电后,仍能保持80%的初始容量。能够更长时间提供更充足的电量。
这项研究对开发高能量密度、长使用寿命的储能设备,为新能源汽车、储能电网、深海深空装备等提供安全、耐久的动力源提供了技术支撑,对开发新型储能体系等具有重要意义。
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