
1. 长期以来,全固态锂电池的商业化进程受到性能和成本的双重挑战。
2. 实现安全、高能量密度的全固态锂电池商业化,关键在于寻找合适的固态电解质。
3. 理想的固态电解质需要具备高离子电导率(室温下超过 1mS cm-1)、低成本(不高于 $50/kg)和良好的易变形性(在 250-350MPa 下达到 90% 以上致密)。
4. 然而,当前常用的固态电解质无法同时满足这些要求。
5. 氧化物固态电解质通常为脆性陶瓷,难以满足易变形性要求。
6. 硫化物和氯化物虽然具有高离子电导率,但合成成本极高,普遍高于 $190/kg,远超商业化要求的 $50/kg。
7. 中国科学技术大学马骋教授团队从氧氯化物出发,研发并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂(Li1.75ZrCl4.75O0.5)。
8. 这种新型固态电解质的成本远低于其他已报道的固态电解质,同时性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。
9. 团队对成本进行了预估,以水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆为原材料合成时成本约为 $11.60/kg,以水合氧氯化锆、氯化锂、氯化锆为原材料合成时成本更低至 $7/kg。
10. 这一新型氧氯化物固态电解质在成本与性能上均表现出色,使得全固态电池的循环性能优异。
11. 在12分钟快速充/放电下,由氧氯化锆锂组成的全固态电池可以稳定循环超过2000次。
12. 其室温离子电导率达到了2.42mS cm-1(商业化要求1mS cm-1以上),易变形性在300MPa下可达到94.2%致密(商业化要求250-350MPa达到90%以上)。
13. 该研究揭示了一种经济高效、离子导电性好、可压缩的固态电解质,用于稳定全固态锂电池,具有极高的商业潜力。
14. 相关成果以《一种经济高效、离子导电和可压缩的用于稳定全固态锂电池的氧氯化物固态电解质》为题发表在Nature Communications上。
15. 马骋教授拥有清华大学本科学历,美国爱荷华州立大学博士学位,并在爱荷华州立大学及美国能源部橡树岭国家实验室完成博士后研究。
16. 目前在中国科学技术大学材料科学与工程系担任教授,专注于全固态锂电池、新型非锂离子电池(如钠离子电池、氟离子电池等)以及电化学储能研究中的透射电镜方法学。
17. 马骋团队在全固态锂电池和氟离子电池领域均取得重要进展,旨在推动这些技术的产业应用。