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有一个叫做CTOC的概念在固态电池里大家一定要了解,这个会成为今后的热词,在固态

有一个叫做CTOC的概念在固态电池里大家一定要了解,这个会成为今后的热词,在固态电池语境里指 Charge Transfer Optimized Cathode(电荷转移优化正极),理解它其实可以抓住两个核心点:

第一,为什么要电荷转移优化?这是个什么概念,其实根据老王之前的节目,大家基本上已经知道了,在固态电池里,正极材料、固态电解质、导电剂三者之间的界面,是电子和离子同时要通过的地方。液态电解质电池里,电解液可以很好地浸润正极颗粒,离子迁移阻力低,但固态中界面接触很差劲,充放电速度和容量利用率都不高,那么大体上来讲CTOC电荷转移优化,就是通过材料设计和结构优化,降低这个界面阻抗,让电子和锂离子都能快速、顺畅地跨过正极–固态电解质界面。

第二、问题根源在哪里? 实际上,在全固态电池ASSBs里,传统的单层含碳正极,即便固态电解质做到纳米级优化,还是会因为 Li⁺ 与电子传输不平衡,导致正极内部纵向尤其是靠近隔膜到集流体方向,会出现 Li⁺ 浓度梯度。这种梯度等同于有的区域反应很快,有的很慢,结果就是产生电化学“热点”,长期会造成化学-机械耦合降解,加快衰减。这一点我请教过这个领域的专家,我的理解基本上是正确的。

那么,CTOC的核心理念是什么呢? 就是通过架构设计,让 Li⁺ 和电子在正极纵向的传输速率更匹配,实现空间梯度优化的动力学,比如在靠隔膜的一层去掉导电碳,这个做法学名叫做无导电添加剂层,再有就是整个正极依然保持高的活性材料含量,这样这样在不牺牲能量密度的前提下,让 Li⁺ 和电子协同迁移,反应更均匀,这是一种反常识但效果好的做法。

目前来看,近期媒体报道的“清华大学深圳国际研究生院康飞宇、柳明团队在Energy & Environmental Science期刊发表题为“Longitudinal Spatial Charge Transfer Optimization in Composite Cathode Enables Ultra-Stable All-Solid-State Batteries”的研究论文” 里面主要讲的这个优化CTOC的做法就能够被浅显地理解了。

如果你没时间读这篇论文的话,可以大致感受一下成果亮点:

1. 耐久性:2C 下循环 2000 次还能保留 82.7% 容量

2. 倍率性能:5C 下容量比传统碳复合正极提升 429%

说明 CTOC 不只是实验室概念,而是有工程应用潜力的通用方法论,这个是最有助于行业理解的。 以上是我个人的理解,有较大偏差还请评论区补充。