Den snabba utvecklingen av elfordon och högpresterande elektroniska apparater har drivit på den växande efterfrågan på ultrasnabbladdande litiumjonbatterier. Trots detta lider nuvarande laddningsbara litiumjonbatterier av kraftig effektminskning under snabbladdningsprocesser och kan till och med leda till katastrofala fel, vilket ökar säkerhetsrisker. Detta beror främst på elektrokemisk instabilitet vid gränssnittet mellan anod och elektrolyt, vilket utlöser skadlig metallisk litiumavsättning på batteriytan och dålig termisk stabilitet.
Under senare år har högspänningsanodmaterial blivit mycket lovande alternativ för att hämma överdriven litiumavsättning och bildandet av instabila fasta elektrolytmellanfasskikt (SEI). Trots dessa styrkor begränsas de senaste materialtyperna fortfarande av otillfredsställande jonledningsförmåga och termisk stabilitet, vilket försvagar effekt och långsiktig tillförlitlighet.
Enligt utländska medier har ett forskarteam lett av docent Dongwook Han vid Seoul National University of Science and Technology utvecklat ett off-stökiometriskt (OS) litiumtitanfosfatanodmaterial med en NASICON-liknande struktur för att lösa dessa problem. Detta material är välkänt för exceptionell strukturell och termisk stabilitet. Designen kan inducera spontan fasomvandling under ytan av aktiva materialpartiklar för att bryta igenom kinetiska begränsningar och uppnå stabil snabbladdningsprestanda.
Relevanta forskningsresultat har publicerats i tidskriften Advanced Functional Materials.
Ytmodulering för accelererad jontransport
Litiumtitanfosfat (LTP) har en struktur av typen natriumsuperjonledare (NASICON), som har enastående strukturell och termisk stabilitet samt snabba litiumjondiffusionskanaler. För att utnyttja dess fulla potential antog forskarna en off-stökiometrisk designstrategi och ökade medvetet förhållandet mellan fosfor (P) och titan (Ti). En sådan titanfattig sammansättning genererar titanfosfat (TPO)-domäner nära ytan av LTP-partiklar.
Dessa TPO-rika regioner fungerar som högeffektiva kinetiska kanaler, vilket sänker energibarriären för litiumjontransport över anod-elektrolytgränssnittet och konstruerar snabba jonöverföringsvägar nära partikelytor. Dessutom ger mycket flexibla P-O-P-bindningar inom TPO-ramverket strukturell flexibilitet för att anpassa sig till volymvariationer under snabbladdningscykler och skyddar NASICON-liknande struktur mot irreversibla skador.
Robust prestanda under snabbladdningsförhållanden
Följaktligen behöll OS-LTP-kol (OS-LTP/C) kompositanoden i laddningshastighetstester, den viktiga indikatorn som utvärderar snabbladdningskapaciteten, anmärkningsvärda 86 % av sin ursprungliga kapacitet under laddningshastigheten 10 C, medan kapaciteten hos den ursprungliga LTP/C-kompositanoden minskade drastiskt.
Detta material ger också utmärkt cykelstabilitet efter över 250 cykler. Fullcellskonfigurationer uppvisar liknande hög hastighetsprestanda och bred kompatibilitet med högspänningskatoder.
En bredare väg mot säkrare batterier
”Vår metod skapar ett helt nytt paradigm för design av snabbladdande batterier, och den kan tillämpas i stor utsträckning på flera framtida energilagringssystem, inklusive heltäckande solid-state-batterier”, påpekade Han. ”Denna designstrategi kan göra elfordon mer praktiska genom att förkorta laddningstiden, förbättra säkerheten och erbjuda stöd för förnybara energinät.”
Sammanfattningsvis tar denna icke-stökiometriska designstrategi itu med ett av de största hindren för laddningsbara batterier och erbjuder en lovande metod för kommersiellt redo ultrasnabbladdningsteknik för energilagring.
Publiceringstid: 7 augusti 2026