中國粉體網(wǎng)訊 通過將電池中易燃的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)替換為不可燃的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，可以極大的提高電池的安全性，以及能量密度的提升空間。這一電池“固態(tài)化”的需求不僅推動了全固態(tài)鋰電池的發(fā)展，也使得其它具備獨(dú)特優(yōu)勢但并不基于鋰離子的全固態(tài)電池進(jìn)入了研究者的視野。
"雖然全固態(tài)鋰電池具有更高的安全性，但它的核心部件——固態(tài)電解質(zhì)的原材料成本大多非常高，并且相當(dāng)一部分性能很好的固態(tài)電解質(zhì)對濕度的穩(wěn)定性不佳，需要在露點(diǎn)極低的氣氛下制備和儲存，從另一方面增加了生產(chǎn)成本。"馬騁表示，"這為全固態(tài)電池的商業(yè)化制造了巨大的挑戰(zhàn)。"
針對這一問題，馬騁教授課題組設(shè)計(jì)并合成了一種新型氯化物固態(tài)電解質(zhì)—氯化鋯鋰（Li2ZrCl6）。這一材料成功將50微米厚度時(shí)的原材料成本降低至1.38美元/平方米，罕見的遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10美元/平方米這一確保全固態(tài)電池市場競爭力的閾值，而此前最廉價(jià)的氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對應(yīng)的成本為23.05美元/平方米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一閾值。除此之外，氯化鋯鋰在濕度高達(dá)5%（對應(yīng)露點(diǎn)-15°C）時(shí)仍保持穩(wěn)定，因此其合成和儲存對氣氛的要求并不苛刻，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
在離子電導(dǎo)率、可變形性、與高電壓正極的相容性等方面，氯化鋯鋰很好的繼承了氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對于其它固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢，由其組成的全固態(tài)電池的循環(huán)性能甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過基于硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)的同類電池。氯化鋯鋰在生產(chǎn)成本及綜合電化學(xué)性能方面具備顯著優(yōu)勢，這在固態(tài)電解質(zhì)中是十分罕見的，它的發(fā)現(xiàn)為商業(yè)化量產(chǎn)全固態(tài)電池克服了重大挑戰(zhàn)。
因?yàn)闊o論對于何種全固態(tài)電池，設(shè)計(jì)合適的固態(tài)電解質(zhì)材料都是當(dāng)下最核心的挑戰(zhàn)。為深入了解固態(tài)電解質(zhì)材料，2022年2月22-23國大酒店舉辦，屆時(shí)將邀請來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的馬騁教授作《全固態(tài)電池：鋰離子，還是“超越鋰離子”？》報(bào)告。馬騁教授將針對不同全固態(tài)電池，介紹其課題組在固態(tài)電解質(zhì)材料設(shè)計(jì)上的最新進(jìn)展。
個(gè)人簡歷：
馬騁，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，國家海外高層次人才引進(jìn)青年項(xiàng)目入選者。馬騁教授于2006年在清華大學(xué)（北京）獲得學(xué)士學(xué)位，2012年在美國愛荷華州立大學(xué)獲得博士學(xué)位，2012-2013年和2013-2016年分別在愛荷華州立大學(xué)和美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究，2016年入選國家海外高層次人才引進(jìn)青年項(xiàng)目，并加入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，任教授、博士生導(dǎo)師。馬騁教授致力于將多種前沿的電子顯微學(xué)技術(shù)和無機(jī)材料合成相結(jié)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(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)，另一方面以此為理論指導(dǎo)，進(jìn)行有針對性的性能提升。目前的研究主要聚焦于全固態(tài)電池。相關(guān)成果以第一或通訊作者發(fā)表在Nature Materials，Nature Communications，Matter等高影響力期刊上，并多次入選相應(yīng)期刊的封面或內(nèi)封面。
參考資料：
合肥晚報(bào)：中國科大新成果助推全固態(tài)電池商業(yè)化量產(chǎn)
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