中科大开发新型全固态锂电池电解质

　　中化新网讯 近日，中国科学技术大学马骋教授研发出一种新型固态电解质氧氯化锆锂，其综合性能和目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合产业化应用。

　　研究人员介绍，氧氯化锆锂能以目前最低的成本实现和当下最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近的性能，对全固态锂电池的产业化具有重大意义。业内专家认为，氧氯化锆锂材料很有前景，有益于固态电池技术的商业化。

　　全固态锂电池可以克服目前商业化锂离子电池在安全性上的严重缺陷，同时进一步提升能量密度，对新能源车和储能产业是一项颠覆性技术。但是，由于全固态锂电池的核心材料固态电解质难以兼顾性能和成本，产业化仍面临巨大阻碍。

　　为了满足实际应用的需求，全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件：室温下超过1毫西门子/厘米的高离子电导率、良好的可变形性以及低于50美元/千克的成本。但是，目前被广泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固态电解质都无法同时满足这些条件。氧化物作为脆性陶瓷，普遍不具备可变形性。硫化物和大部分氯化物则成本高昂，至少在200美元/千克的量级。这些材料中唯一的例外是氯化锆锂，但是它的离子电导率却远低于1毫西门子/厘米。

　　在研究中，马骋不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一种，而是转向氧氯化物，设计并合成了一种新型固态电解质氧氯化锆锂。这种材料具有很强的成本优势，如果以水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆作为原料合成，它的原材料成本仅为11.6美元/千克，很好地满足了上述50美元/千克的要求。而如果以水合氧氯化锆、氯化锂、氯化锆进行合成，氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元/千克，远低于目前最具成本优势的10.78美元/千克的固态电解质氯化锆锂，并且不到硫化物和稀土基、铟基氯化物固态电解质的4%。

　　在具备极强成本优势的同时，氧氯化锆锂的综合性能和目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。该材料的室温离子电导率高达2.42毫西门子/厘米，超过了应用所需要的1毫西门子/厘米，并且在目前研究的各类固态电解质中位居前列。与此同时，该材料良好的可变形性使其在300兆帕压力下致密度能达到94.2%，可以满足应用需求，也优于以易变形性著称的硫化物、氯化物固态电解质(同等压力下致密度不足90%)。

　　实验证明，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能：在12分钟快速充电的条件下，该电池仍然可以成功地在室温下稳定循环2000圈以上。