我国开发，超强全固态锂电池电解质问世！充电12分钟，可稳定循环超2000圈
发布时间：2023-7-17 18:50
发布者：eechina
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来源: 每日经济新闻 据安徽日报7月17日消息，日前从中国科学技术大学获悉，该校马骋教授开发了一种新型固态电解质，它的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。6月27日，该成果发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》上。研究人员介绍，氧氯化锆锂能以目前最低的成本实现和当下最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近的性能，对全固态锂电池的产业化具有重大意义。 马骋曾介绍，固态锂电池中的固态电解质，可以杜绝液态电解质带来的“易燃易爆”与漏液等问题，实现安全储能。固态电解质是固态锂电池最核心的部件，但其生产成本和综合性能往往不可兼得，难以满足商业化需求。 “虽然固态锂电池具有更高安全性，但其核心部件——固态电解质的原材料成本大多非常高，并且相当一部分性能很好的固态电解质对湿度的稳定性不佳，需要在露点不超过零下40摄氏度的环境下制备和储存，极大增加了生产成本。”马骋坦言，这为全固态电池的商业化带来巨大挑战。 超强全固态锂电池电解质问世 据安徽日报报道，为了满足实际应用的需求，全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件：高离子电导率——室温下超过1毫西门子每厘米，良好的可变形性——250至350兆帕下实现90%以上致密，以及足够低廉的成本——低于50美元每公斤。但是，目前被广泛研究的氧化物、硫化物、氯化物和固态电解质都无法同时满足这些条件。 此次研究中，马骋不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一种，而是转向氧氯化物，设计并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂。这种材料具有很强的成本优势。如果以水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆进行合成，它的原材料成本仅为11.6美元每公斤，很好地满足了上述50美元每公斤的要求。而如果以水合氧氯化锆、氯化锂、氯化锆进行合成，氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元每公斤，远低于目前最具成本优势的固态电解质氯化锆锂（10.78美元每公斤），并且不到硫化物和稀土基、铟基氯化物固态电解质的4%。 在具备极强成本优势的同时，氧氯化锆锂的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。它的室温离子电导率高达2.42毫西门子每厘米，超过了应用所需要的1毫西门子每厘米，并且在目前报道的各类固态电解质中位居前列。与此同时，它良好的可变形性使材料在300兆帕压力下能达到94.2%致密，可以很好地满足应用需求，也优于以易变形性著称的硫化物、氯化物固态电解质。 实验证明，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能：在12分钟快速充电的条件下，该电池仍然成功地在室温稳定循环2000圈以上。 目前，中国也有多家电池企业、整车企业以及科研院所等，纷纷布局固态电池产业链上下游。但基于全固态电池的技术难度和高成本，中国企业大部分采取从半固态再到固态的渐进式研发路线，目前公布进展多集中在半固态电池上。 日本全固态电池获得新突破 在固态锂电池产业化道路上，日企较为激进。 今年6月初，丰田宣布固态电池商业化的最新规划，最早到2027年，丰田就将向市场投放搭载固态电池的电动汽车，充电不到10分钟即可行驶约1200公里。 日产计划在2028年推出首款搭载固态电池的量产车型；本田规划在2024年启用固态电池的实验生产线，所生产的电池将用于2020年代后半期推出的车型，该生产线的投资将达到430亿日元（约合21亿元人民币）。 据界面新闻7月16日报道，近日，日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队，成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量。该研究通过新开发基础材料、重新研究制造工艺等方式得以实现，相关文章发表在美国《科学》杂志上。 日本东京工业大学的上述研究，利用高熵材料设计开发了一种高离子导电性的固体电解质，通过增加已知锂快离子导体的成分复杂性，使得锂离子电导率约为传统材料的2.3-3.8倍，从而能缩短电池充电时间。这意味着，影响电池充电性能的指标较当前传统电池相比最多可提高3.8倍，为目前全球最高水平。 此外，研究团队改良了制造工艺，负极采用锂金属代替传统的石墨，使得正极容量按单位电极面积计算较当前提高1.8倍。试制的全固态电池每平方厘米电极的电池容量超过20毫安，这也是全球目前公布的最高水平。 |
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