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氧氯化鋯鋰和其它各類固態(tài)電解質(zhì)成本,、性能的綜合比較 ,。中國科大供圖

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁開發(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%，適合進行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,。6月27日,，該成果發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》上。

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重缺陷,，同時進一步提升能量密度,，對新能源車和儲能產(chǎn)業(yè)是一項顛覆性技術(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,，產(chǎn)業(yè)化仍面臨巨大阻礙。

為了滿足實際應(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（室溫下超過1毫西門子每厘米）,，良好的可變形性（250至350兆帕下實現(xiàn)90%以上致密），以及足夠低廉的成本（低于50美元每公斤）,。但是,，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,。這種材料具有很強的成本優(yōu)勢,。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰,、氯化鋯進行合成,，它的原材料成本僅為11.6美元每公斤，很好地滿足了上述50美元每公斤的要求,。而如果以水合氧氯化鋯,、氯化鋰、氯化鋯進行合成,，氧氯化鋯鋰的成本可以進一步降低到約7美元每公斤,，遠低于目前最具成本優(yōu)勢的固態(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%,。

在具備極強成本優(yōu)勢的同時，氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進的硫化物,、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,，并且在目前報道的各類固態(tài)電解質(zhì)中位居前列,。與此同時，它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達到94.2%致密,，可以很好的滿足應(yīng)用需求,，也優(yōu)于以易變形性著稱的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)（同等壓力下不足90%致密）,。

實驗證明,，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現(xiàn)和當(dāng)下最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能,，對全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義,。

審稿人認為這一發(fā)現(xiàn)“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(shù)的商業(yè)化”,。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-39522-1

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）

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