物理所等提出高能量密度锂电池新策略
高能量密度是储能器材未来的重要发展方向，锂离子电池作为功能优异的储能器材在曩昔几十年被广泛运用。但是，现在传统锂离子电池正极资料的能量密度现已迫临理论值，怎么进一步提高能量密度成为研讨热门。
全固态金属锂电池作为下一代高能量密度干流技能计划遭到广泛重视。理论上电池器材的能量密度在资料层面由其理论能量密度决议，但是在电极层面因为需求引进很多非活性成分(电解质，导电添加剂和粘合剂)用于保证电极资料离子和电子输运才能然后使得电极资料层面的能量密度一般小于资料理论能量密度，在全固态电极中二者距离进一步扩展。因而，怎么在电极层面上充分发挥资料的理论能量密度是重要的研讨方向。
中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心清洁动力实验室E01组博士生李美莹在中国工程院院士、物理所研讨员陈立泉和特聘研讨员索鎏敏指导下与美国麻省理工大学教授李巨协作，初次提出选用全电化学活性电极构建全固态电池的新思路。经过选用高电子-离子混合导电活性物质作为正极完成100%全活性物质全固态电极，与金属锂负极调配，构建出高能量密度全活性物质全固态电池，在该类新式全固体金属锂电池中资料层面的能量密度能够在电极层面得到100%发挥。
全电化学活性全固态电池概念最先在一系列具有电化学活性的高离子-电子过渡金属硫化物资猜中完成，并经过与高容量硫正极复合，在电极层面上完成了770Wh/kg和1900Wh/L的能量密度(商用钴酸锂电极层面上的能量密度为480 Wh/kg和1600Wh/L)。估计未来跟着更多新式全活性固态电极发现，有望进一步提高全固态电池能量密度，然后完成高能量密度高安全的全固态锂电池。
相关研讨成果以Dense all-electrochem-active electrodes for all-solid-state lithium batteries为题，宣布在Advanced Materials上。研讨工作得到怀柔清洁动力资料测验确诊与研制渠道的支撑。
图1.全电化学活性电极的概念：a.商用锂离子液体电池(正极：74.6~83.6wt%;负极：石墨)。b.惯例ASSLBs(正极：80wt%;负极：锂金属)。c.全电化学活性电极(AEA，正极：100wt%;负极：金属锂)。d和e：各种组分的分量和体积百分比的总表。
图2.AEA-ASSLBs的概念验证：a.AEA电极与一些传统电池资料电子导电性比照。b.经过恒电位间歇滴定技能(PITT)取得AEA资料的锂离子扩散系数，并与现有的传统电池资料比照。c、d和e.它们在0.1C/70℃下的循环稳定性。
图3.根据LixMo6S8的AEA电极的电化学机理：a.LixMo6S8的锂离子扩散系数和带隙(x=0, 1, 3, 4)。b.AEA Mo6S8电极孔隙率与施加压力的函数联系。赤色圆圈代表带压力的值测验，蓝色圆圈代表开释压力的值测验。c.左图为LixMo6S8型AEA电极原位XRD剖析。中图为不同阶段的归一化峰强度，并随同充放电曲线(右图)的相变进程。
图4.复合S-LMS-AEA正极(32.5%S8-67.5%Mo6S8)的结构和电化学机理。a.TEM图画。b.AEA电极的横截面SEM。c.P和S元素的EDS剖析。黑色标尺为20是50μm，白色标尺为50μm。d和e：S-LMS-AEA电极与典型的S-C-LGPS阴极的电子电导率、理论体积能量密度和孔隙率比较。f.S-LMS-AEA电极的电化学氧化复原机理。
图5.高能量密度全活性固态电池战略。a-c：选用S-LMS(32.5% S8-67.5% Mo6S8)与Li、LTO-LMS(40% Li4Ti5O12-60% Mo6S8)与Li、S-LMS与Li-in合金构筑的全固态电池充放电特性曲线。d.选用S-LMS阴极的AEA电池的循环稳定性。
