與目前商業(yè)化的鋰離子電池相比，全固態(tài)鋰電池兼具更高的安全性和更大的能量密度提升空間，可為新能源汽車的全面普及和“碳達峰、碳中和”目標的實現(xiàn)提供助力。但是，作為全固態(tài)電池核心部件的固態(tài)電解質(zhì)材料仍存在瓶頸，迄今，在大規(guī)模生產(chǎn)的成本以及綜合電化學(xué)性能上同時表現(xiàn)優(yōu)異的固態(tài)電解質(zhì)尚未見報道。7月20日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁報道了一種在這兩方面同時具備顯著優(yōu)勢的固態(tài)電解質(zhì)，相關(guān)研究成果以A cost-effective and humidity-tolerant chloride solid electrolyte forlithium batteries為題，發(fā)表在Nature Communications上。

與氧化物與硫化物固態(tài)電解質(zhì)相比，氯化物固態(tài)電解質(zhì)同時具備硫化物的高離子電導(dǎo)率、可變形性，以及氧化物對高電壓正極材料的穩(wěn)定性，但暫不具備大規(guī)模商業(yè)化的可能性。中國科大研究人員設(shè)計并合成的Li2ZrCl6材料，在繼承了氯化物固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，克服了上述瓶頸。該材料成本低，且在濕度達5%時仍保持穩(wěn)定，可在一般的干燥間合成和儲存。此外，Li2ZrCl6的離子電導(dǎo)率高達0.81 mS cm-1，具有良好的可變形性、對空氣的穩(wěn)定性，以及和高電壓正極的相容性。用Li2ZrCl6固態(tài)電解質(zhì)組成的全固態(tài)電池在性能上甚至略高于其他氯化物固態(tài)電解質(zhì)組成的電池，并遠超于基于硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)的同類電池；Li2ZrCl6和高能量密度的單晶高鎳三元正極LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（即NMC811）組成的全固態(tài)電池，在200 mA g–1的大電流密度下循環(huán)200圈后容量仍高達150 mAh g-1，并在整個長循環(huán)過程中容量幾乎無衰減。與其他固態(tài)電解質(zhì)相比，Li2ZrCl6在大規(guī)模生產(chǎn)的成本以及綜合電化學(xué)性能兩方面兼具顯著優(yōu)勢，其發(fā)現(xiàn)將對全固態(tài)電池的商業(yè)化產(chǎn)生推動作用。

研究工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科大重要方向項目培育基金等的資助。

Li2ZrCl6的發(fā)現(xiàn)使氯化物固態(tài)電解質(zhì)兼具性能和量產(chǎn)成本的優(yōu)勢