每經編(bian)輯｜畢陸(lu)名

據安徽日報7月17日消息，日前從中國科學技術大學獲悉，該校馬騁教授開發了一種新型固態電解質，它的綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態電解質相近，但成本不到后者的4%，適合進行產業化應用。6月(yue)27日，該成(cheng)果發表在國際(ji)著名學術期(qi)刊《自(zi)然·通訊》上。研究人員(yuan)介紹，氧氯化(hua)鋯鋰能以(yi)目前(qian)最低(di)的(de)(de)成(cheng)本實(shi)現和當(dang)下(xia)最先進的(de)(de)硫化(hua)物(wu)、氯化(hua)物(wu)固態電解質(zhi)相近的(de)(de)性能，對全固態鋰電池(chi)的(de)(de)產(chan)業化(hua)具有重大意義。

馬騁曾介紹，固(gu)態鋰電(dian)(dian)池中(zhong)的固(gu)態電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)，可以(yi)(yi)杜絕液(ye)態電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)帶來的“易(yi)(yi)燃易(yi)(yi)爆”與漏液(ye)等問(wen)題，實現(xian)安(an)全儲(chu)能(neng)(neng)。固(gu)態電(dian)(dian)解質(zhi)(zhi)是(shi)固(gu)態鋰電(dian)(dian)池最(zui)核心的部件，但其生(sheng)產成(cheng)本(ben)和綜(zong)合性能(neng)(neng)往(wang)往(wang)不可兼得，難以(yi)(yi)滿(man)足商業(ye)化(hua)需求。

“雖然固態鋰電池(chi)具有更高安全(quan)性，但其(qi)核心部(bu)件——固態電解質的(de)(de)原材料成本(ben)大(da)(da)多非(fei)常高，并且相當一部(bu)分性能很好的(de)(de)固態電解質對濕度的(de)(de)穩定性不(bu)(bu)佳(jia)，需(xu)要(yao)在露點不(bu)(bu)超過零下40攝氏(shi)度的(de)(de)環境下制備和儲存，極大(da)(da)增加了生產成本(ben)。”馬騁坦言(yan)，這為全(quan)固態電池(chi)的(de)(de)商業化帶來巨大(da)(da)挑戰(zhan)。

圖片來源：視覺中國

超強全固態鋰電池電解質問世

據安(an)徽(hui)日(ri)報報道(dao)，為(wei)了滿(man)足(zu)實際應用的(de)需(xu)求，全固態(tai)(tai)(tai)鋰電(dian)池的(de)固態(tai)(tai)(tai)電(dian)解質(zhi)至(zhi)少需(xu)要同(tong)時(shi)(shi)具備(bei)三個(ge)條件：高(gao)離子(zi)電(dian)導率(lv)——室溫下超過1毫西(xi)門子(zi)每厘米，良(liang)好的(de)可(ke)變(bian)形性——250至(zhi)350兆帕下實現90%以(yi)上致密，以(yi)及(ji)足(zu)夠低(di)廉(lian)的(de)成本——低(di)于50美元每公(gong)斤。但是，目前被廣泛(fan)研究的(de)氧化物、硫(liu)化物、氯化物固態(tai)(tai)(tai)電(dian)解質(zhi)都(dou)無法同(tong)時(shi)(shi)滿(man)足(zu)這些條件。

此次研究中(zhong)，馬(ma)騁不(bu)再(zai)聚焦(jiao)于上述氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)、硫化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)中(zhong)的(de)(de)(de)任何一(yi)種(zhong)，而(er)是轉向氧氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)，設計并合(he)成(cheng)了一(yi)種(zhong)新型固態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)——氧氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(gao)鋰(li)。這種(zhong)材料具(ju)有(you)很(hen)強的(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)優(you)勢。如果以(yi)水合(he)氫氧化(hua)(hua)(hua)鋰(li)、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(gao)進行合(he)成(cheng)，它(ta)的(de)(de)(de)原材料成(cheng)本(ben)僅為11.6美(mei)元(yuan)每(mei)公(gong)(gong)斤(jin)，很(hen)好地滿足了上述50美(mei)元(yuan)每(mei)公(gong)(gong)斤(jin)的(de)(de)(de)要求。而(er)如果以(yi)水合(he)氧氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(gao)、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)、氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(gao)進行合(he)成(cheng)，氧氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(gao)鋰(li)的(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)可以(yi)進一(yi)步降低到約7美(mei)元(yuan)每(mei)公(gong)(gong)斤(jin)，遠低于目前最(zui)具(ju)成(cheng)本(ben)優(you)勢的(de)(de)(de)固態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)鋯(gao)(gao)鋰(li)（10.78美(mei)元(yuan)每(mei)公(gong)(gong)斤(jin)），并且不(bu)到硫化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)稀土(tu)基、銦基氯(lv)(lv)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)固態(tai)電(dian)解(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)4%。

在具備極強成(cheng)本優勢的(de)(de)(de)同(tong)時，氧(yang)氯(lv)化鋯(gao)鋰的(de)(de)(de)綜合性能與目前最(zui)先進(jin)的(de)(de)(de)硫化物(wu)、氯(lv)化物(wu)固(gu)(gu)態電(dian)解質(zhi)相當(dang)。它(ta)的(de)(de)(de)室溫離子(zi)(zi)(zi)電(dian)導率高(gao)達2.42毫西門子(zi)(zi)(zi)每(mei)厘(li)米，超(chao)過了應(ying)用所需(xu)要的(de)(de)(de)1毫西門子(zi)(zi)(zi)每(mei)厘(li)米，并且在目前報道的(de)(de)(de)各類(lei)固(gu)(gu)態電(dian)解質(zhi)中位居前列。與此同(tong)時，它(ta)良好(hao)的(de)(de)(de)可變(bian)(bian)形性使材料(liao)在300兆帕(pa)壓(ya)力下能達到94.2%致(zhi)密，可以(yi)很好(hao)地滿足應(ying)用需(xu)求，也優于以(yi)易變(bian)(bian)形性著稱的(de)(de)(de)硫化物(wu)、氯(lv)化物(wu)固(gu)(gu)態電(dian)解質(zhi)。

實驗證明，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態鋰電池展示了極為優異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩定循環2000圈以上。

目前(qian)，中(zhong)國(guo)也有多(duo)(duo)家電(dian)池(chi)企(qi)(qi)業、整(zheng)車企(qi)(qi)業以及(ji)科研院所等，紛紛布局固態(tai)電(dian)池(chi)產業鏈上下(xia)游。但基于全固態(tai)電(dian)池(chi)的技術難度和(he)高成(cheng)本，中(zhong)國(guo)企(qi)(qi)業大(da)部分采取從(cong)半固態(tai)再到(dao)固態(tai)的漸(jian)進(jin)式研發路(lu)線，目前(qian)公布進(jin)展多(duo)(duo)集中(zhong)在半固態(tai)電(dian)池(chi)上。

日本全固態電池獲得新突破

在固態鋰電池產業化(hua)道路(lu)上，日(ri)企(qi)較為激(ji)進。

今年6月初(chu)，豐田宣布固態電(dian)池商業化的最新規劃，最早(zao)到2027年，豐田就(jiu)將向市場投放搭載(zai)固態電(dian)池的電(dian)動汽車，充電(dian)不到10分(fen)鐘即可行駛約1200公里(li)。

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日(ri)產(chan)計(ji)劃在2028年(nian)(nian)推出(chu)(chu)首款搭載(zai)固態電(dian)池的(de)(de)量產(chan)車型；本田規劃在2024年(nian)(nian)啟用固態電(dian)池的(de)(de)實驗生產(chan)線(xian)，所(suo)生產(chan)的(de)(de)電(dian)池將(jiang)(jiang)用于2020年(nian)(nian)代后半期推出(chu)(chu)的(de)(de)車型，該生產(chan)線(xian)的(de)(de)投資將(jiang)(jiang)達到430億(yi)日(ri)元（約合21億(yi)元人(ren)民幣）。

據界面新聞7月(yue)16日報道，近日，日本(ben)東京工(gong)業(ye)大學(xue)特聘教授菅野了(le)次等人組成(cheng)的研(yan)究團隊，成(cheng)功(gong)提高(gao)了(le)全固態電池的快速充電性(xing)能和(he)容量。該研(yan)究通過新開發基(ji)礎材料、重新研(yan)究制造工(gong)藝(yi)等方(fang)式得以實(shi)現(xian)，相關文(wen)章發表在美(mei)國《科(ke)學(xue)》雜(za)志上(shang)。

日本東京工業大的(de)(de)上述研究(jiu)，利用高(gao)熵材(cai)料設計開發了一(yi)種(zhong)高(gao)離子(zi)(zi)(zi)導(dao)(dao)電(dian)(dian)性(xing)的(de)(de)固(gu)體電(dian)(dian)解質(zhi)，通過增(zeng)加已知鋰快離子(zi)(zi)(zi)導(dao)(dao)體的(de)(de)成(cheng)分復雜性(xing)，使得鋰離子(zi)(zi)(zi)電(dian)(dian)導(dao)(dao)率約為(wei)(wei)傳統材(cai)料的(de)(de)2.3-3.8倍(bei)，從而能縮短電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)時(shi)間。這意味(wei)著，影響電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)性(xing)能的(de)(de)指標較當(dang)前(qian)傳統電(dian)(dian)池(chi)相比最多可提高(gao)3.8倍(bei)，為(wei)(wei)目前(qian)全球(qiu)最高(gao)水平。

此(ci)外，研究團(tuan)隊(dui)改良了制造工(gong)藝，負極(ji)(ji)采用(yong)鋰金屬(shu)代替傳統(tong)的石墨，使得(de)正極(ji)(ji)容量按單位(wei)電(dian)(dian)極(ji)(ji)面積計算較當前提高1.8倍。試制的全(quan)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)池每平方厘米電(dian)(dian)極(ji)(ji)的電(dian)(dian)池容量超過20毫安，這也是(shi)全(quan)球目前公布(bu)的最高水平。

每(mei)日經濟新(xin)聞(wen)綜合安徽日報、界面新(xin)聞(wen)

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