USTC设计出全新固态电解质材料 可降低全固态锂电池成本

据外媒报道，中国科学院（CAS）中国科学技术大学（USTC）的研究人员设计出一种全新固态电解质材料Li2ZrCl6（LZC），可使全固态锂（Li）电池成本更低但更有效。
固态电解质对于实现安全、高能量的全固态锂电池非常重要。在不同类型的固态电解质中，近期发现的氯化物固态电解质同时具备硫化物的高离子电导率、可变形性，以及氧化物对高电压正极材料的稳定性，展示出相当独特的优势。但是由于原材料成本过高及对湿度的稳定性差，此类材料暂不具备大规模商业化的可能性。研究团队中马骋教授设计并合成了Li2ZrCl6材料（LZC），不仅保留了氯化物固态电解质的所有优点，还表现出较低的材料成本和出色的耐湿性。

（图片来源：期刊Nature Communications）

这种材料在50微米厚度时的原材料成本仅为1.38美元/平方米，远低于文献中最便宜的氯化物系统（23.05美元/平方米），且远低于确保成本竞争力的10美元/平方米阈值。此外，LZC在湿度高达5%时仍保持稳定，因此不再需要像硫化物固态电解质那样在合成和储存过程中对环境具有严格要求。更重要的是，马教授称上述大规模生产的优势“已可在不牺牲氯化物固态电解质特性的情况下实现”。
LZC的离子电导率高达0.81 mS cm-1，且具有出色的可变形性以及可兼容4V级阴极。Li2ZrCl6和高能量密度的单晶高镍三元正极LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（即NMC811）组成的全固态电池，在200 mA g–1的大电流密度下循环200圈之后容量仍高达150 mAh g-1，并且在整个长循环过程中容量几乎无衰减，可与同类最好的固态电池媲美。
马教授称：“全固态锂电池在实现‘二氧化碳排放峰值’和‘碳中和’的目标方面发挥着重要作用。Li2ZrCl6的成本效益和高性能可使此类电池实现商业化。”未来，该团队将尝试使用其他4+阳离子（表示为M）来合成Li2MCl6固态电解质，并努力制造出更好、更具成本效益的全固态电池。