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中國科大成功研發新型氯化物固態電解質 成本性能優勢更強

發布時間:2021-07-22 作者:方夢宇 范瓊 來源:中國教育新聞網

中國教育報-中國教育新聞網訊(記者 方夢宇 通訊員 范瓊)記者近日從中國科學技術大學獲悉,該校馬騁教授團隊設計并合成了一種同時具有成本與性能優勢的鋰電池固態電解質。該工作克服了固態電解質材料生產成本和綜合性能難以兼得的瓶頸,使得全固態電池的商業化不再只是遙不可及的“鋰”想。北京時間7月20日《自然·通訊》期刊發表了該成果。

傳統商用鋰電池采用有機液態電解質,在具有體積小容量大、使用壽命長等優點的同時,其熱失控之后的起火、爆炸問題卻成為一大安全隱患。而固態電池中的固態電解質,可以杜絕液態電解質帶來的“易燃易爆炸”與漏液等問題,實現安全儲能。

“雖然全固態鋰電池具有更高的安全性,但它的核心部件——固態電解質的原材料成本大多非常高,并且相當一部分性能很好的固態電解質對濕度的穩定性不佳,需要在露點極低的氣氛下制備和儲存,從另一方面增加了生產成本。這為全固態電池的商業化制造了巨大的挑戰。”馬騁說。

針對這一問題,馬騁課題組設計并合成了一種新型氯化物固態電解質—氯化鋯鋰(Li2ZrCl6)。這一材料成功將50微米厚度時的原材料成本降低至1.38美元/平方米,遠低于10美元/平方米這一確保全固態電池市場競爭力的閾值,而此前最廉價的氯化物固態電解質相對應的成本為23.05美元/平方米,遠超這一閾值。除此之外,氯化鋯鋰在濕度高達5%時仍保持穩定,因此其合成和儲存對氣氛的要求并不苛刻,進一步降低了生產成本。

同樣值得關注的是,生產成本的大幅降低并沒有以犧牲性能作為代價。在離子電導率、可變形性、與高電壓正極的相容性等方面,氯化鋯鋰很好的繼承了氯化物固態電解質相對于其它固態電解質的優勢,由其組成的全固態電池的循環性能甚至遠遠超過基于硫化物和氧化物固態電解質的同類電池。

氯化鋯鋰同時在生產成本及綜合電化學性能方面具備顯著優勢,這在固態電解質中是十分罕見的,它的發現為商業化量產全固態電池克服了重大挑戰。“全固態鋰電池的商業化將對實現‘碳達峰、碳中和’的目標有著重要意義,尤其在新能源電動汽車領域,全固態鋰電池或許是安全問題的最終解決方案。”馬騁說。

對于未來的研究計劃,馬騁表示課題組將嘗試把鋯離子換為其它四價陽離子進行固態電解質合成,并繼續提高離子電導率等各項指標,不斷優化全固態鋰電池的性能。

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