有益新能源車和儲能產(chǎn)業(yè)的顛覆性技術(shù)

日前，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能和目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，很適合產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

據(jù)悉，全固態(tài)鋰電池可以克服目前商業(yè)化鋰離子電池在安全性上的嚴(yán)重缺陷，同時進(jìn)一步提升能量密度，對新能源車和儲能產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)顛覆性技術(shù)。但是，由于全固態(tài)鋰電池的核心材料——固態(tài)電解質(zhì)難以兼顧性能和成本，目前該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化仍面臨巨大阻礙。

為了滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時具備三個條件：高離子電導(dǎo)率，良好的可變形性，足夠低廉的成本。但目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)都無法同時滿足這些條件。

此次研究中，馬騁教授不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一種，而是轉(zhuǎn)向氧氯化物，設(shè)計(jì)并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰。這種材料具有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰、氯化鋯進(jìn)行合成，它的原材料成本僅為11.6美元每公斤，可以很好地滿足50美元每公斤的要求。而如果以水合氧氯化鋯、氯化鋰、氯化鋯進(jìn)行合成，氧氯化鋯鋰的成本可以進(jìn)一步降低到約7美元每公斤，遠(yuǎn)低于目前最具成本優(yōu)勢的固態(tài)電解質(zhì)氯化鋯鋰。

在具備極強(qiáng)成本優(yōu)勢的同時，氧氯化鋯鋰的綜合性能和目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。它的室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)2.42毫西門子每厘米，超過了應(yīng)用所需要的1毫西門子每厘米。與此同時，它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達(dá)到94.2%致密，也超過應(yīng)用所需要的水平。由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)電池展示了極為優(yōu)異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

氧氯化鋯鋰的發(fā)現(xiàn)，使固態(tài)電解質(zhì)在性能、成本兩方面同時實(shí)現(xiàn)了突破，對全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。包雨婷 記者 祁琳