傳統(tǒng)鋰電池“易燃易爆”科大新成果消除隱患

7月21日,記者從中國(guó)科大獲悉,該校馬騁教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了一種同時(shí)具有成本與性能優(yōu)勢(shì)的鋰電池固態(tài)電解質(zhì)。該工作克服了固態(tài)電解質(zhì)材料生產(chǎn)成本和綜合性能難以兼得的瓶頸,使得全固態(tài)電池的商業(yè)化不再只是遙不可及的“鋰”想。該成果已在《自然·通訊》期刊發(fā)表。
傳統(tǒng)商用鋰電池采用有機(jī)液態(tài)電解質(zhì),在具有體積小容量大、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),其熱失控之后的起火、爆炸問(wèn)題卻成為一大安全隱患。而固態(tài)電池中的固態(tài)電解質(zhì),可以杜絕液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的“易燃易爆炸”與漏液等問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)能。
“雖然全固態(tài)鋰電池具有更高的安全性,但它的核心部件——固態(tài)電解質(zhì)的原材料成本大多非常高,并且相當(dāng)一部分性能很好的固態(tài)電解質(zhì)對(duì)濕度的穩(wěn)定性不佳,需要在露點(diǎn)極低的氣氛下制備和儲(chǔ)存,從另一方面增加了生產(chǎn)成本! 馬騁表示,“這為全固態(tài)電池的商業(yè)化制造了巨大的挑戰(zhàn)。”
針對(duì)這一問(wèn)題,馬騁教授課題組設(shè)計(jì)并合成了一種新型氯化物固態(tài)電解質(zhì)—氯化鋯鋰(Li2ZrCl6)。這一材料成功將50微米厚度時(shí)的原材料成本降低至1.38美元/平方米,罕見(jiàn)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10美元/平方米這一確保全固態(tài)電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的閾值,而此前最廉價(jià)的氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對(duì)應(yīng)的成本為23.05美元/平方米,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這一閾值。除此之外,氯化鋯鋰在濕度高達(dá)5%(對(duì)應(yīng)露點(diǎn)-15℃)時(shí)仍保持穩(wěn)定,因此其合成和儲(chǔ)存對(duì)氣氛的要求并不苛刻,進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
值得關(guān)注的是,生產(chǎn)成本的大幅降低并沒(méi)有以犧牲性能作為代價(jià)。在離子電導(dǎo)率、可變形性、與高電壓正極的相容性等方面,氯化鋯鋰很好地繼承了氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對(duì)于其他固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì),由其組成的全固態(tài)電池的循環(huán)性能甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)基于硫化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)的同類電池。
氯化鋯鋰在生產(chǎn)成本及綜合電化學(xué)性能方面具備顯著優(yōu)勢(shì),這在固態(tài)電解質(zhì)中是十分罕見(jiàn)的,它的發(fā)現(xiàn)為商業(yè)化量產(chǎn)全固態(tài)電池克服了重大挑戰(zhàn)。
“全固態(tài)鋰電池的商業(yè)化將對(duì)實(shí)現(xiàn)‘碳達(dá)峰、碳中和’的目標(biāo)有著重要意義。”馬騁提到,“尤其在新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域,全固態(tài)鋰電池或許是安全問(wèn)題的最終解決方案。”
對(duì)于未來(lái)的研究計(jì)劃,馬騁表示課題組將嘗試把鋯離子換為其他四價(jià)陽(yáng)離子進(jìn)行固態(tài)電解質(zhì)合成,并繼續(xù)提高離子電導(dǎo)率等各項(xiàng)指標(biāo),不斷優(yōu)化全固態(tài)鋰電池的性能。 (侯路遙 王金花 實(shí)習(xí)生 楊鈺燁 記者 蔣瑜香)
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