【研究背景】全固态锂电池在正极材料的选择上与液态锂电池存在显著差异。液态锂电池通常使用如钴酸锂、磷酸铁锂、高镍三元材料等氧化物作为正极材料，这是因为它们具有高效的离子传输特性。然而，这些氧化物在全固态锂电池中的使用并非理想之选，因为它们的离子电导率较低，需要与固态电解质混合以保持较高的离子传输效率。这种混合导致复合正极中氧化物活性物质的质量比通常只能达到70-80%，并且在循环过程中可能会形成裂纹。固态电解质无法像液态电解质那样流动并填充这些裂纹，从而影响离子传输，进而降低电池性能。
【工作介绍】中国科学技术大学马骋教授团队提出了一种新的策略，将研究重点转向氯化物，成功开发出了一种名为Li3TiCl6的新型正极材料。这种材料在室温下显示出1.04 mS cm-1的离子电导率，超过了氧化物正极材料，并且在冷压后的相对密度高达86.1%。Li3TiCl6同时具备高离子电导率和良好的可变形性，无需固态电解质即可实现高效的离子传输。基于这种材料的复合正极在室温下实现了2500圈的稳定循环，其活性物质质量比高达95%，远超氧化物正极的70-80%。这一成果被发表在Nature Communications期刊上。
【内容表述】合成Li3TiCl6材料可以通过机械合金化和退火工艺实现。经过行星式高能球磨合成后，材料的离子电导率显著提高至1.04 mS cm-1，接近固态电解质的水平。Li3TiCl6的电子电导率远低于离子电导率，并且在未经热处理的冷压状态下，它仍展现出优异的离子电导率和极佳的可变形性。通过X射线衍射分析，发现Li3TiCl6具有类似LiCoO2的层状结构，这有利于离子传输。而且，其过渡金属离子层未完全占满，这可能允许锂离子在层间迁移，从而进一步优化离子传输能力。除了离子电导率，Li3TiCl6还表现出良好的可变形性。这一性能是通过材料在特定压力下能达到的致密程度来评估的。与其它具有良好可变形性的固态电解质（如Li3YCl6、Li6PS5Cl、Li10GeP2S12等）相比，Li3TiCl6在350 MPa下能达到86.1%的致密度，远超那些脆性、不可变形的氧化物正极。基于Li3TiCl6的复合正极无需固态电解质即可实现高效的离子传输，其活性物质质量比达到95%，并且在1C倍率下实现了2500圈的稳定循环。这表明Li3TiCl6作为正极材料在全固态锂电池中具有巨大的应用潜力。
【结论】全固态锂电池对正极材料的要求高于传统液态锂电池，因此氧化物正极材料在全固态锂电池中的应用受到。然而，氯化物正极材料因其高离子电导率和可变形性，成为全固态锂电池正极材料研究的新方向。Li3TiCl6的成功开发展示了氯化物正极材料在全固态锂电池中的巨大潜力，为全固态锂电池技术的发展开辟了新的途径。
