【會議報告】低成本、高性能的氧氯化物固態電解質

將電池中易燃的有機液態電解質替換為不可燃的無機固態電解質之后，其安全性和能量密度都有望獲得極大的提升。固態電解質和圍繞固態電解質的一系列問題是全固態電池發展的主要瓶頸。近年來，氧氯化物作為氧化物、硫化物、氯化物以外的第四類無機固態電解質進入了研究者的視野，這類材料對于克服全固態電池性能、成本難以兼顧的瓶頸有著獨特優勢。

六月份，中國科學技術大學馬騁教授課題組開發了一種氧氯化物固態電解質——氧氯化鋯鋰（Li1.75ZrCl4.75O0.5），很好的滿足了離子電導率、可變形性和成本競爭力這三個條件。相關研究成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”為題發表在Nature Commun.上。

Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5在室溫下表現出高達2.42 mS cm^-1的離子電導率，超過了大多數鹵化物固態電解質，即便和硫化物固態電解質相比也并不遜色。與此同時，該材料還具有良好的可變形性，在300 MPa冷壓之后的相對密度高達94.2%，超過了目前常見的以良好可變形性著稱的Li₁₀GeP₂S1₂、Li₆PS₅Cl、Li₂ZrCl₆、Li₃InCl₆等固態電解質。除此之外，由于作為原料的LiCl、LiOH·H₂O、ZrCl₄價格低廉，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5的原材料成本僅$11.60/kg，遠低于$50/kg這一確保固態電池市場競爭力的門檻。而如果使用更為廉價的ZrOCl₂·8H₂O、LiCl、ZrCl₄合成，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5的原材料成本還可以進一步降低。由于兼具高離子電導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組成的全固態電池表現出優異的電化學性能，即便在1 A g^?1的大電流密度下仍能實現超過2000圈穩定循環和>70%的容量保持率。

氧氯化鋯鋰的發現，使固態電解質在性能、成本兩方面同時實現突破，對固態電池的產業化具有重大意義，為固態電池的商業化鋪平了道路。審稿人認為這一發現“很有新意和原創性”，并且認為氧氯化鋯鋰材料“很有前景”，“有益于固態電池技術的商業化”。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將在昆山舉辦第五屆高比能固態電池關鍵材料技術大會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，共同推動行業發展。屆時，中國科學技術大學馬騁教授將作題為《低成本、高性能的氧氯化物固態電解質》的報告。報告人將圍繞氧氯化物材料，介紹其課題組近期關于全固態電池的研究進展。

專家簡介：

馬騁，中國科學技術大學材料科學與工程系教授、博士生導師。馬騁教授于2006年在清華大學（北京）獲得學士學位，2012年在美國愛荷華州立大學獲得博士學位，2012-2013年和2013-2016年分別在愛荷華州立大學和美國橡樹嶺國家實驗室進行博士后研究，2016年加入中國科學技術大學，任教授、博士生導師。馬騁教授課題組致力于將先進透射電鏡技術和無機材料合成相結合，一方面通過對材料在原子尺度行為的直接觀察揭示其結構-性能關聯，另一方面以此為指導，進行有針對性的性能提升和材料設計。課題組目前專注于全固態鋰電池和全固態氟離子電池相關材料及器件的研究。馬騁教授是氯化鋯鋰系固態電解質的發現者；其近五年的主要成果以通訊作者發表在Nature Materials, Nature Communications, Matter等期刊上。

參考來源：

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%！氧氯化鋯鋰電解質破解固態電池產業化難題.粉體網

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