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

電解質(zhì)的電壓已經(jīng)阻礙了電池技術(shù)的進(jìn)步。

近日，延世大學(xué)Yoon Seok Jung聯(lián)合東國大學(xué)和韓國科學(xué)技術(shù)院等在Nature Energy上發(fā)文，提出了一種全固態(tài)電池設(shè)計(jì)，工作電壓突破了5伏特限制，實(shí)現(xiàn)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(zhì)，LiCl–4Li?TiF?復(fù)合材料，室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)1.7 × 10?? S cm?1。該電解質(zhì)最顯著特性是在超高電壓下表現(xiàn)出的卓越穩(wěn)定性，有效規(guī)避了傳統(tǒng)電解質(zhì)的降解機(jī)制。超過5伏特的穩(wěn)定電化學(xué)窗口，使高壓尖晶石氧化物正極的集成應(yīng)用成為可能。

傳統(tǒng)固體電解質(zhì)（如LiNbO?），在正極電位超過4.5伏特時(shí)難以維持結(jié)構(gòu)完整性，往往引發(fā)界面降解，導(dǎo)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(zhì)，在2C倍率下實(shí)現(xiàn)106 mAh g?1的穩(wěn)定放電容量，經(jīng)過500次循環(huán)后仍保持75.2%的容量，

LiCl–4Li?TiF?電解質(zhì)材料的功效在各種系統(tǒng)中得到了驗(yàn)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(shí)用化構(gòu)型中與鋰金屬/銀-碳復(fù)合負(fù)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(dá)1.8毫米的超厚電極仍能保持性能穩(wěn)定。

這種具有突破5V穩(wěn)定性的界面屏蔽效應(yīng)，開創(chuàng)了能充分發(fā)揮高壓正極潛力的全新設(shè)計(jì)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(xué)，東國大學(xué)、韓國科學(xué)技術(shù)院

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

五伏級的高容量全固態(tài)鋰電池。

圖1: LiCl–4Li?TiF?表征。

圖2: LiCl–4Li?TiF?中，Li+導(dǎo)電性增強(qiáng)的機(jī)制。

圖3: 在30°C溫度時(shí)，LiCl–4Li?TiF?和LNMO ASSB電池的電化學(xué)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(xué)性能。

該項(xiàng)研究，開發(fā)出了一種新型全固態(tài)鋰電池，工作電壓突破5V，面積容量高達(dá)35.3 mAh cm?2，創(chuàng)下新紀(jì)錄。該電池采用新型氟化物固態(tài)電解質(zhì)LiCl–4Li?TiF?，鋰離子電導(dǎo)率比傳統(tǒng)Li?TiF?提升兩個(gè)數(shù)量級，同時(shí)在高壓下表現(xiàn)出了卓越的穩(wěn)定性。該技術(shù)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(yàn)證了實(shí)用性，為下一代高能量密度固態(tài)電池開辟了新路徑。

文獻(xiàn)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