专业的锂电池垂直门户站

中科大开发新型固态电解质 成本不到传统材料的4%

发布时间:2023-11-17 17:00:36 阅读:272

全固态锂电池可以克服目前商业化锂离子电池在安全性上的严重缺陷,同时进一步提升能量密度,对新能源车和储能产业是一项颠覆性技术。但是,由于全固态锂电池的核心材料—固态电解质—难以兼顾性能和成本,目前该技术的产业化仍面临巨大阻碍。6月27日,中国科学技术大学的马骋教授报道了一种新型固态电解质,它的综合性能和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%,很适合产业化应用。该成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”为题发表在国际著名学术期刊《Nature Communications》上。

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(250-350兆帕下实现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、氯化物固态电解质都无法同时满足这些条件。氧化物作为脆性陶瓷,普遍不具备可变形性。硫化物和大部分氯化物则成本高昂,至少在200美元每公斤的量级。这些材料中唯一的例外是氯化锆锂,但是它的离子电导率却远低于1毫西门子每厘米。

此次研究中,马骋教授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,很好的满足了上述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和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。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,也超过应用所需要的水平(250-350兆帕下90%以上致密)。由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态电池展示了极为优异的性能:在12分钟快速充电的条件下,该电池仍然成功的在室温稳定循环2000圈以上。

氧氯化锆锂的发现,使固态电解质在性能、成本两方面同时实现了突破,对全固态锂电池的产业化具有重大意义。审稿人认为这一发现“很有新意和原创性”,并且认为氧氯化锆锂材料“很有前景”,“有益于固态电池技术的商业化”。

C95052DBFE5C8F97DA96591356C_E2A377BA_59C1.png

相关论文信息:/articles/s41467-023-39522-1

文章标签: 电解质
相关阅读
更多
  • 固态电解质膜,锂电第五大主材?
    固态电解质膜能否独立成为锂电新环节?产业化面临哪些关键挑战?11月以来,隔膜企业星源材质接连宣布两项在“固态电解质膜”领域的重要合作;同一月份,电池企业太蓝新能源推出“无隔膜”固态电池技术。如何理解这两个概念,以及两家企业代表的产业链不同环节之间的微妙关系,要厘清这些问题,首先需要了解固态电解质膜在
    12-17 09:00
  • 天赐材料已开发出硫化锂路线固态电解质
    锂电池资讯网获悉,天赐材料12月9日在投资者互动平台表示,公司在固态电池电解质材料中有着明确的技术规划,并已有相应专利布局,具体研发进展可见公司定期报告中列示;公司通过利用现有的液态锂盐生产平台,已开发出了硫化锂路线的固态电解质,现阶段主要配合下游电池客户做材料技术验证,公司将持续关注行业新技术发展
    12-12 11:04
  • 当升科技已系统布局氧化物、硫化物等固态电解质等技术路线
    锂电池资讯网获悉,11月27日,当升科技在投资者互动平台表示,公司作为新能源正极材料行业的技术引领者,已系统布局氧化物、硫化物等固态电解质和双相复合高能量固态正极材料关键技术路线,解决了正极与电解质固固界面难题,相关固态锂电产品技术性能指标处于行业领先地位,已批量导入清陶、辉能、卫蓝、赣锋等主要固态
    11-27 10:00
  • 星源材质与中科深蓝汇泽将联合开发固态电解质膜
    锂电池资讯网获悉,星源材质11月25日晚间公告,当日,公司与中科深蓝汇泽新能源(常州)有限责任公司签订《战略合作框架协议书》。据介绍,中科深蓝汇泽独创的“刚柔并济、原位热聚合”的固态电池技术,引入支撑性良好功能膜作为“刚性骨架”,星源材质是隔膜和功能膜领域的专家,双方在目前和未来的业务领域深度契合,
    11-26 12:00
  • 打破锂电池固态电解质的瓶颈 我国科大提出原子级解决方法
    当前主流锂电池使用液态电解质,这存在起火等安全隐患,且特定体积内能够储存的能量有限。但能解决这些问题的下一代固态锂电池仍存在很多尚未攻克的难题。八月二十一日,优秀学术期刊《Matter》刊登我国科学技术大学的马骋教授和他的合作者最新成果,他们提出来一种新策略,可以有效解决下一代固态锂电池中电极材料和
    08-12 18:00
  • 中国科大全固态电池新突破 硫化物电解质成本降92%
    7月1日,记者从中国科学技术大学获悉,该校马骋教授开发了一种用于全固态电池的新型硫化物固态电解质,其原材料成本仅14.42美元每公斤,不到其它硫化物固态电解质原材料成本的8%。该成果近日发表在国际著名学术期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Editi
    07-02 10:01
  • 新型高能效全固态钠空气电池问世,有效解决碳酸盐堵塞!
    新型高能效全固态钠空气电池问世,有效解决碳酸盐堵塞!
    韩国浦项科技大学材料科学与工程系研究团队成功开发出一种高容量、高效率的全固态钠空气电池,无须特殊设备就能可逆地利用钠(Na)和空气。相关论文发表在最新一期《自然·通讯》杂志上。蓄电池在电动汽车和储能系统等绿色技术中具有广泛应用。“金属—空气电池”被称为下一代高容量蓄电池,可从地球上的氧气和金属等丰富
    06-05 10:12
  • 联创股份:聚合物基固态电解质项目正在小试 子公司小批量供货固态电池企业
    锂电池资讯网获悉,联创股份6月4日在互动平台表示,公司与中山大学合作建立了“中山大学-联创碳中和技术研究院”,该研究院正在开发的项目是聚合物基固态电解质项目。目前该项目进展顺利,正在小试阶段,预计下半年安排中试。子公司华安新材作为PVDF的主要生产企业之一,目前给个别固态电池企业有小批量供货。
    06-05 10:02