中國儲能網(wǎng)訊：中國科大馬騁教授研發(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極，對全固態(tài)電池商業(yè)化有重要意義。
記者3日從中國科學技術(shù)大學了解到，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)勢的同時，具有其他硫化物固態(tài)電解質(zhì)無法達到的、適合商業(yè)化的低廉成本。這項成果6月30日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學》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為最有希望實現(xiàn)全固態(tài)電池的實際應(yīng)用；日本豐田、韓國三星等企業(yè)，都在過去的十幾年內(nèi)對此類材料進行了大量的研發(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，遠高于實現(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）。各國的研究者曾試圖通過多種方法降低硫化鋰的成本，但長期的探索表明實現(xiàn)這一目標相當困難。” 馬騁教授表示。
針對上述問題，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%，也遠低于50美元每公斤這一商業(yè)化的要求，故此具有很強的成本競爭力。
同時，這種氧硫化磷鋰材料也保留了硫化物固態(tài)電解質(zhì)的獨特優(yōu)勢：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極相容性，從而能適配金屬鋰、硅等高能量密度負極，而這在氧化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)中都無法同時實現(xiàn)。因為氧硫化磷鋰的密度僅1.7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，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稱電池能實現(xiàn)4200小時以上的室溫穩(wěn)定循環(huán)，而它和硅負極、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，在性能上仍有望實現(xiàn)進一步提升，我們也在為此繼續(xù)努力?！?馬騁說。
該論文審稿人認為，氧硫化磷鋰“同時具備低密度，良好的負極相容性，以及強勁的成本競爭力”，并且認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)對全固態(tài)電池的商業(yè)化具有重要意義。
