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2024年07月04日
【中国科学报】新型硫化物固态电解质成本低且性能佳

本报讯(记者王敏)中国科学技术大学教授马骋开发出一种用于全固态电池的新型硫化物固态电解质。该材料在具有硫化物固态电解质固有优势的同时,相较其他硫化物固态电解质,成本更加低廉、更适合商业化。相关研究成果近日发表于《德国应用化学》。

全固态电池有望突破锂离子电池难以兼顾续航和安全性的瓶颈,从而打破目前电池技术的“天花板”。固态电解质是成功构筑全固态电池的关键。科学家认为,在氧化物、硫化物、卤化物这3类固态电解质中,性能优异的硫化物最有希望实现全固态电池的实际应用。但是,硫化物固态电解质的成本普遍超过每公斤195美元,远高于实现商业化所需要的每公斤50美元。

这一问题的根源在于硫化物固态电解质的合成需要使用大量昂贵的硫化锂,其价格不低于每公斤650美元。研究人员曾试图通过多种方法降低硫化锂成本,但长期探索表明实现这一目标相当困难。

为此,马骋不再致力于降低硫化锂成本,而是开发了一种不以硫化锂作为原料的硫化物固态电解质——氧硫化磷锂。这种固态电解质以成本低廉的水合氢氧化锂和硫化磷为原材料合成,其成本仅为每公斤14.42美元,不到其他硫化物固态电解质原材料成本的8%,远低于每公斤50美元这一商业化要求,具有很强的成本竞争力。

同时,氧硫化磷锂保留了硫化物固态电解质的独特优势,兼具极低的密度和良好的负极相容性,而这在氧化物和卤化物固态电解质中无法同时实现。氧硫化磷锂的密度仅1.7克每立方厘米,低于卤化物和氧化物固态电解质。此外,氧硫化磷锂与锂金属和硅都能良好相容;它和锂金属组成的对称电池能在室温下稳定循环超4200小时,而它和硅负极、高镍三元正极组成的全固态软包电池,在60度下循环200次后,仍具有89.29%的容量保持率。

马骋说:“我们的工作表明硫化物固态电解质的成本问题并非无解。氧硫化磷锂作为一种新材料,在性能上有望进一步提升,我们也在为此继续努力。”

审稿人认为由氧硫化磷锂组成的全固态电池具有“出色的循环性能”,其发现对全固态电池商业化具有重要意义。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1002/anie.202407892

《中国科学报》 (2024-07-04 第1版 要闻)

原文链接:https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/7/380203.shtm


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