7月3日,來(lái)自中國(guó)科學(xué)報(bào)的報(bào)道稱(chēng),中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁開(kāi)發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì),它的綜合性能與目前最先進(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%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
該成果已于6月27日發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上。
公開(kāi)資料顯示,為了滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求,全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時(shí)具備三個(gè)條件:
高離子電導(dǎo)率(室溫下超過(guò)1毫西門(mén)子每厘米); 良好的可變形性(250-350兆帕下實(shí)現(xiàn)90%以上致密); 足夠低廉的成本(低于50美元每公斤)。
目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì),以現(xiàn)有技術(shù)都無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足上述條件。例如,氧化物作為脆性陶瓷,普遍不具備可變形性;硫化物和大部分氯化物則成本高昂,至少在200美元每公斤的量級(jí);氯化鋯鋰的離子電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于1毫西門(mén)子每厘米。
據(jù)悉,馬騁教授在研究中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。 氧氯化鋯鋰具有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì),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,很好地滿(mǎn)足了上述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(shì)的固態(tài)電解質(zhì)氯化鋯鋰(10.78美元每公斤),并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態(tài)電解質(zhì)的4%。
在具備極強(qiáng)成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí),氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進(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(mén)子每厘米,超過(guò)了應(yīng)用所需要的1毫西門(mén)子每厘米,并且在目前報(bào)道的各類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)中位居前列。與此同時(shí),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,可以很好地滿(mǎn)足應(yīng)用需求,也優(yōu)于以易變形性著稱(chēng)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)(同等壓力下不足90%致密)。
圖片來(lái)源:中國(guó)科技大學(xué)官網(wǎng)
實(shí)驗(yàn)證明,由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池展示了極為優(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。
研究人員介紹,氧氯化鋯鋰能以目前最低的成本實(shí)現(xiàn)和當(dāng)下最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能,對(duì)全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。 |