中國粉體網訊 將電池中易燃的有機液態(tài)電解質替換為不可燃的無機固態(tài)電解質之后，其安全性和能量密度都有望獲得極大的提升。固態(tài)電解質和圍繞固態(tài)電解質的一系列問題是全固態(tài)電池發(fā)展的主要瓶頸。近年來，氧氯化物作為氧化物、硫化物、氯化物以外的第四類無機固態(tài)電解質進入了研究者的視野，這類材料對于克服全固態(tài)電池性能、成本難以兼顧的瓶頸有著獨特優(yōu)勢。
六月份，中國科學技術大學馬騁教授課題組開發(fā)了一種氧氯化物固態(tài)電解質——氧氯化鋯鋰（Li1.75ZrCl4.75O0.5），很好的滿足了離子電導率、可變形性和成本競爭力這三個條件。相關研究成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”為題發(fā)表在Nature Commun.上。
Li1.75ZrCl4.75O0.5在室溫下表現出高達2.42 mS cm-1的離子電導率，超過了大多數鹵化物固態(tài)電解質，即便和硫化物固態(tài)電解質相比也并不遜色。與此同時，該材料還具有良好的可變形性，在300 MPa冷壓之后的相對密度高達94.2%，超過了目前常見的以良好可變形性著稱的Li10GeP2S12、Li6PS5Cl、Li2ZrCl6、Li3InCl6等固態(tài)電解質。除此之外，由于作為原料的LiCl、LiOH·H2O、ZrCl4價格低廉，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本僅$11.60/kg，遠低于$50/kg這一確保固態(tài)電池市場競爭力的門檻。而如果使用更為廉價的ZrOCl2·8H2O、LiCl、ZrCl4合成，Li1.75ZrCl4.75O0.5的原材料成本還可以進一步降低。由于兼具高離子電導率和良好的可變形性，Li1.75ZrCl4.75O0.5和單晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2組成的全固態(tài)電池表現出優(yōu)異的電化學性能，即便在1 A g−1的大電流密度下仍能實現超過2000圈穩(wěn)定循環(huán)和>70%的容量保持率。
氧氯化鋯鋰的發(fā)現，使固態(tài)電解質在性能、成本兩方面同時實現突破，對固態(tài)電池的產業(yè)化具有重大意義，為固態(tài)電池的商業(yè)化鋪平了道路。審稿人認為這一發(fā)現“很有新意和原創(chuàng)性”，并且認為氧氯化鋯鋰材料“很有前景”，“有益于固態(tài)電池技術的商業(yè)化”。
針對固態(tài)電池相關的技術、材料、市場及產業(yè)等方面的問題，中國粉體網將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會。為致力于固態(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，中國科學技術大學馬騁教授將作題為《低成本、高性能的氧氯化物固態(tài)電解質》的報告。報告人將圍繞氧氯化物材料，介紹其課題組近期關于全固態(tài)電池的研究進展。
專家簡介：
馬騁，中國科學技術大學材料科學與工程系教授、博士生導師。馬騁教授于2006年在清華大學（北京）獲得學士學位，2012年在美國愛荷華州立大學獲得博士學位，2012-2013年和2013-2016年分別在愛荷華州立大學和美國橡樹嶺國家實驗室進行博士后研究，2016年加入中國科學技術大學，任教授、博士生導師。馬騁教授課題組致力于將先進透射電鏡技術和無機材料合成相結合，一方面通過對材料在原子尺度行為的直接觀察揭示其結構-性能關聯，另一方面以此為指導，進行有針對性的性能提升和材料設計。課題組目前專注于全固態(tài)鋰電池和全固態(tài)氟離子電池相關材料及器件的研究。馬騁教授是氯化鋯鋰系固態(tài)電解質的發(fā)現者；其近五年的主要成果以通訊作者發(fā)表在Nature Materials, Nature Communications, Matter等期刊上。
參考來源：
Hu, L., Wang, J., Wang, K. et al. A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries. Nat Commun 14, 3807 (2023).
新材料成本直降96%！氧氯化鋯鋰電解質破解固態(tài)電池產業(yè)化難題.粉體網
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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