中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中國(guó)科大馬騁教授研發(fā)新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，成本低廉且性能優(yōu)異，可適配高能量密度負(fù)極，對(duì)全固態(tài)電池商業(yè)化有重要意義。
記者3日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)了解到，該校馬騁教授開發(fā)了一種用于全固態(tài)電池的新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，在展示硫化物固態(tài)電解質(zhì)固有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，具有其他硫化物固態(tài)電解質(zhì)無法達(dá)到的、適合商業(yè)化的低廉成本。這項(xiàng)成果6月30日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
全固態(tài)電池有望克服鋰離子電池難以兼顧續(xù)航和安全性的瓶頸，從而突破目前電池技術(shù)的玻璃天花板。固態(tài)電解質(zhì)是成功構(gòu)筑全固態(tài)電池的關(guān)鍵。在氧化物、硫化物、鹵化物這三類固態(tài)電解質(zhì)中，性能優(yōu)異的硫化物被普遍認(rèn)為最有希望實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用；日本豐田、韓國(guó)三星等企業(yè)，都在過去的十幾年內(nèi)對(duì)此類材料進(jìn)行了大量的研發(fā)投入。但是，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的成本普遍超過195美元每公斤，遠(yuǎn)高于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化所需要的50美元每公斤。
“這一問題的根源，在于硫化物固態(tài)電解質(zhì)的合成需要使用大量昂貴的硫化鋰（不低于650美元每公斤）。各國(guó)的研究者曾試圖通過多種方法降低硫化鋰的成本，但長(zhǎng)期的探索表明實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)相當(dāng)困難。” 馬騁教授表示。
針對(duì)上述問題，馬騁教授的研究思路不再致力于降低硫化鋰的成本，而是開發(fā)了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態(tài)電解質(zhì)——氧硫化磷鋰。這種固態(tài)電解質(zhì)以成本低廉的水合氫氧化鋰和硫化磷作為原材料合成，因此其原材料成本僅14.42美元每公斤，不到其他硫化物固態(tài)電解質(zhì)原材料成本的8%，也遠(yuǎn)低于50美元每公斤這一商業(yè)化的要求，故此具有很強(qiáng)的成本競(jìng)爭(zhēng)力。
同時(shí)，這種氧硫化磷鋰材料也保留了硫化物固態(tài)電解質(zhì)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：它兼具極低的密度，從而有利于降低電池重量；氧硫化磷鋰還具備良好的負(fù)極相容性，從而能適配金屬鋰、硅等高能量密度負(fù)極，而這在氧化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)中都無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檠趿蚧卒嚨拿芏葍H1.7克每立方厘米，低于鹵化物的約2.5克每立方厘米和氧化物固態(tài)電解質(zhì)大都高于5克每立方厘米的密度。同時(shí)，氧硫化磷鋰與鋰金屬、硅都能良好相容；它和鋰金屬組成的對(duì)稱電池能實(shí)現(xiàn)4200小時(shí)以上的室溫穩(wěn)定循環(huán)，而它和硅負(fù)極、高鎳三元正極組成的全固態(tài)軟包電池，在60度下循環(huán)200次后，仍具有89.29%的容量保持率。
“我們的工作表明，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的成本問題并非無解。氧硫化磷鋰作為一種新材料，在性能上仍有望實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升，我們也在為此繼續(xù)努力?！?馬騁說。
該論文審稿人認(rèn)為，氧硫化磷鋰“同時(shí)具備低密度，良好的負(fù)極相容性，以及強(qiáng)勁的成本競(jìng)爭(zhēng)力”，并且認(rèn)為由氧硫化磷鋰組成的全固態(tài)電池具有“出色的循環(huán)性能”。它的發(fā)現(xiàn)對(duì)全固態(tài)電池的商業(yè)化具有重要意義。
