中國粉體網(wǎng)訊 近日，中國科技大學馬騁教授團隊設計并合成了一種同時具有成本與性能優(yōu)勢的鋰電池固態(tài)電解質(zhì)。該工作克服了固態(tài)電解質(zhì)材料生產(chǎn)成本和綜合性能難以兼得的瓶頸，使得全固態(tài)電池的商業(yè)化不再只是遙不可及的 " 鋰 " 想。該成果已在《自然 · 通訊》期刊發(fā)表。
傳統(tǒng)商用鋰電池采用有機液態(tài)電解質(zhì)，在具有體積小容量大、使用壽命長等優(yōu)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(tài)電池中的固態(tài)電解質(zhì)，可以杜絕液態(tài)電解質(zhì)帶來的 " 易燃易爆炸 " 與漏液等問題，實現(xiàn)安全儲能。
" 雖然全固態(tài)鋰電池具有更高的安全性，但它的核心部件——固態(tài)電解質(zhì)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(tài)電解質(zhì)對濕度的穩(wěn)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(chǎn)成本。" 馬騁表示，" 這為全固態(tài)電池的商業(yè)化制造了巨大的挑戰(zhàn)。"
針對這一問題，馬騁教授課題組設計并合成了一種新型氯化物固態(tài)電解質(zhì)—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，罕見的遠遠低于 10 美元 / 平方米這一確保全固態(tài)電池市場競爭力的閾值，而此前最廉價的氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對應的成本為 23.05 美元 / 平方米，遠遠超過這一閾值。除此之外，氯化鋯鋰在濕度高達 5%（對應露點 -15 °C）時仍保持穩(wěn)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(chǎn)成本。
值得關(guān)注的是，生產(chǎn)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(tài)電解質(zhì)相對于其它固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢，由其組成的全固態(tài)電池的循環(huán)性能甚至遠遠超過基于硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)的同類電池。
氯化鋯鋰在生產(chǎn)成本及綜合電化學性能方面具備顯著優(yōu)勢，這在固態(tài)電解質(zhì)中是十分罕見的，它的發(fā)現(xiàn)為商業(yè)化量產(chǎn)全固態(tài)電池克服了重大挑戰(zhàn)。
" 全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化將對實現(xiàn)’碳達峰、碳中和’的目標有著重要意義。" 馬騁提到，" 尤其在新能源電動汽車領域，全固態(tài)鋰電池或許是安全問題的最終解決方案。"
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(tài)電解質(zhì)合成，并繼續(xù)提高離子電導率等各項指標，不斷優(yōu)化全固態(tài)鋰電池的性能。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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