哈佛科学家开发了一款至少可以充放电一万次的固态锂电池

美国科学家设计了一款全新的固态锂金属电池，旨在避免形成穿透电解液的枝晶。这款多层电池可能在10到20分钟内为电动汽车充满电。

图片：Harward University

哈佛大学研究人员声称，他们已经开发出一款固态锂金属电池，其稳定性更好且防止锂枝晶穿透的能力更强。

研究人员李昕(音译)说道：“我们的研究表明，这款固态电池与市售液态电解质锂离子电池有根本的不同。通过研究其热力学基本原理，我们可以解锁卓越的性能，并挖掘无限的可能性。”

科学家们表示，这款电池在高电流密度下至少可以充放电10000次。其多层结构设计将不太稳定的电解质夹在较稳定的固体电解质之间，由此防止任何锂枝晶生长。除此之外，它还结合使用一种商业化的高能量密度阴极材料。

锂金属电池示意图。图片：哈佛大学

哈佛研究小组解释道：“想象这款电池就像BLT三明治。首先是一片面包——锂金属阳极，接着放莴苣——石墨涂层。然后是一层西红柿——第一种电解质——和一层培根——第二种电解质。最后再放一层西红柿，最后是一片面包——阴极。”

第一种电解质(化学名称为Li5.5PS4.5Cl1.5或LPSCI)的锂含量更稳定，但容易发生枝晶穿透。而第二种电解质(称为Li10Ge1P2S12或LGPS)对锂的稳定性较差，但抵抗枝晶的能力更强。这种设计允许枝晶通过石墨和第一种电解质，但阻止它们通过第二种电解质。

研究人员强调道：“锂金属阳极与LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2阴极配对使得循环性能非常稳定，在20℃下循环10000次后容量保持率为82%且在1.5℃下循环2000次后容量保持率为81.3%。我们的设计还在微米级阴极材料层面上实现了每千克110.6千瓦的比功率和每千克631.1瓦时的比能量。”

据研究人员透露，这款电池还具有自我修复特性，因为它应该能够回填枝晶形成的空洞。发明者声称，它有可能在10到20分钟内为电动汽车充满电。

发表在《自然》杂志上的《固态锂金属电池的动态稳定性设计策略》一文描述了该装置设计。