【會(huì)議報(bào)告】低成本、高性能的氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)

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(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)之后，其安全性和能量密度都有望獲得極大的提升。固態(tài)電解質(zhì)和圍繞固態(tài)電解質(zhì)的一系列問(wèn)題是全固態(tài)電池發(fā)展的主要瓶頸。近年來(lái)，氧氯化物作為氧化物、硫化物、氯化物以外的第四類無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)入了研究者的視野，這類材料對(duì)于克服全固態(tài)電池性能、成本難以兼顧的瓶頸有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

六月份，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授課題組開(kāi)發(fā)了一種氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰（Li1.75ZrCl4.75O0.5），很好的滿足了離子電導(dǎo)率、可變形性和成本競(jìng)爭(zhēng)力這三個(gè)條件。相關(guān)研究成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”為題發(fā)表在Nature Commun.上。

Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5在室溫下表現(xiàn)出高達(dá)2.42 mS cm^-1的離子電導(dǎo)率，超過(guò)了大多數(shù)鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，即便和硫化物固態(tài)電解質(zhì)相比也并不遜色。與此同時(shí)，該材料還具有良好的可變形性，在300 MPa冷壓之后的相對(duì)密度高達(dá)94.2%，超過(guò)了目前常見(jiàn)的以良好可變形性著稱的Li₁₀GeP₂S1₂、Li₆PS₅Cl、Li₂ZrCl₆、Li₃InCl₆等固態(tài)電解質(zhì)。除此之外，由于作為原料的LiCl、LiOH·H₂O、ZrCl₄價(jià)格低廉，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5的原材料成本僅$11.60/kg，遠(yuǎn)低于$50/kg這一確保固態(tài)電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的門檻。而如果使用更為廉價(jià)的ZrOCl₂·8H₂O、LiCl、ZrCl₄合成，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5的原材料成本還可以進(jìn)一步降低。由于兼具高離子電導(dǎo)率和良好的可變形性，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5和單晶LiNi_0.8M_n0.1Co_0.1O₂組成的全固態(tài)電池表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，即便在1 A g^?1的大電流密度下仍能實(shí)現(xiàn)超過(guò)2000圈穩(wěn)定循環(huán)和>70%的容量保持率。

氧氯化鋯鋰的發(fā)現(xiàn)，使固態(tài)電解質(zhì)在性能、成本兩方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)突破，對(duì)固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義，為固態(tài)電池的商業(yè)化鋪平了道路。審稿人認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)“很有新意和原創(chuàng)性”，并且認(rèn)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”。

針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)等方面的問(wèn)題，中國(guó)粉體網(wǎng)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開(kāi)發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授將作題為《低成本、高性能的氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)》的報(bào)告。報(bào)告人將圍繞氧氯化物材料，介紹其課題組近期關(guān)于全固態(tài)電池的研究進(jìn)展。

專家簡(jiǎn)介：

馬騁，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授、博士生導(dǎo)師。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(guó)愛(ài)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(ài)荷華州立大學(xué)和美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究，2016年加入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，任教授、博士生導(dǎo)師。馬騁教授課題組致力于將先進(jìn)透射電鏡技術(shù)和無(wú)機(jī)材料合成相結(jié)合，一方面通過(guò)對(duì)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)，另一方面以此為指導(dǎo)，進(jìn)行有針對(duì)性的性能提升和材料設(shè)計(jì)。課題組目前專注于全固態(tài)鋰電池和全固態(tài)氟離子電池相關(guān)材料及器件的研究。馬騁教授是氯化鋯鋰系固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者；其近五年的主要成果以通訊作者發(fā)表在Nature Materials, Nature Communications, Matter等期刊上。

參考來(lái)源：

Hu, L., Wang, J., Wang, K. et al. A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries. Nat Commun 14, 3807 (2023).

新材料成本直降96%！氧氯化鋯鋰電解質(zhì)破解固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化難題.粉體網(wǎng)

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