研究前沿：全固態鋰電池，氟化物電解質-突破5伏電壓極限 | Nature Energy

（引子：全固態鋰電池以高能量密度、卓越安全性和長循環壽命成為焦點。然而傳統電解質在高電壓下的分解反應，限制了高壓正極材料的應用，從而制約了能量密度的提升。）

電解質的電壓已經阻礙了電池技術的進步。

近日，延世大學Yoon Seok Jung聯合東國大學和韓國科學技術院等在Nature Energy上發文，提出了一種全固態電池設計，工作電壓突破了5伏特限制，實現了難以企及的超高面容量35.3mAh cm?2。

這些特性可歸因于一種氟化物固體電解質，LiCl–4Li?TiF?復合材料，室溫離子電導率高達1.7 × 10?? S cm?1。該電解質最顯著特性是在超高電壓下表現出的卓越穩定性，有效規避了傳統電解質的降解機制。超過5伏特的穩定電化學窗口，使高壓尖晶石氧化物正極的集成應用成為可能。

傳統固體電解質（如LiNbO?），在正極電位超過4.5伏特時難以維持結構完整性，往往引發界面降解，導致阻抗增長、容量衰減直至電池失效。相比之下，這種LiCl–4Li?TiF?電解質，在2C倍率下實現106 mAh g?1的穩定放電容量，經過500次循環后仍保持75.2%的容量，

LiCl–4Li?TiF?電解質材料的功效在各種系統中得到了驗證，包括LiCoMnO?、LiFe?.?Mn?.?O?等多種尖晶石氧化物體系，并在軟包電池等實用化構型中與鋰金屬/銀-碳復合負極成功配對。在低至2.3伏特電壓下，仍能保持258 mAh g?1的高比容量，使用厚度達1.8毫米的超厚電極仍能保持性能穩定。

這種具有突破5V穩定性的界面屏蔽效應，開創了能充分發揮高壓正極潛力的全新設計范式。

第一作者：Jun Pyo Son, Juhyoun Park, Hae-Yong Kim, Jae-Seung Kim.

通訊作者：Dong-Hwa Seo, Kyung-Wan Nam & Yoon Seok Jung

通訊單位：延世大學，東國大學、韓國科學技術院

Five-volt-class high-capacity all-solid-state lithium batteries.

五伏級的高容量全固態鋰電池。

圖1: LiCl–4Li?TiF?表征。

圖2: LiCl–4Li?TiF?中，Li+導電性增強的機制。

圖3: 在30°C溫度時，LiCl–4Li?TiF?和LNMO ASSB電池的電化學特性。

圖4:LNMO的LNbO與LiCl–4LTF屏蔽。

圖5:具有LiCl–4LTF的5V尖晶石正極的ASSB電池中的電化學性能。

該項研究，開發出了一種新型全固態鋰電池，工作電壓突破5V，面積容量高達35.3 mAh cm?2，創下新紀錄。該電池采用新型氟化物固態電解質LiCl–4Li?TiF?，鋰離子電導率比傳統Li?TiF?提升兩個數量級，同時在高壓下表現出了卓越的穩定性。該技術不僅適用于高電壓尖晶石正極材料如LiNi?.?Mn?.?O?，還可用于低成本LiFe?.?Mn?.?O?，并在軟包電池和超厚電極中驗證了實用性，為下一代高能量密度固態電池開辟了新路徑。

文獻鏈接

Son, J.P., Park, J., Kim, HY. et al. Five-volt-class high-capacity all-solid-state lithium batteries. Nat Energy (2025).

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01865-y

本文譯自Nature。

來源：今日新材料

圖片來自ResearchGate