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鋰電池固態(tài)電解質研究取得進展

2021-07-22 17:30  來源:中國科學技術大學  瀏覽:  

與目前商業(yè)化的鋰離子電池相比,全固態(tài)鋰電池兼具更高的安全性和更大的能量密度提升空間,可為新能源汽車的全面普及和“碳達峰、碳中和”目標的實現(xiàn)提供助力。但是,作為全固態(tài)電池核心部件的固態(tài)電解質材料仍存在瓶頸,迄今,在大規(guī)模生產的成本以及綜合電化學性能上同時表現(xiàn)優(yōu)異的固態(tài)電解質尚未見報道。7月20日,中國科學技術大學教授馬騁報道了一種在這兩方面同時具備顯著優(yōu)勢的固態(tài)電解質,相關研究成果以A cost-effective and humidity-tolerant chloride solid electrolyte forlithium batteries為題,發(fā)表在Nature Communications上。

與氧化物與硫化物固態(tài)電解質相比,氯化物固態(tài)電解質同時具備硫化物的高離子電導率、可變形性,以及氧化物對高電壓正極材料的穩(wěn)定性,但暫不具備大規(guī)模商業(yè)化的可能性。中國科大研究人員設計并合成的Li2ZrCl6材料,在繼承了氯化物固態(tài)電解質優(yōu)勢的基礎上,克服了上述瓶頸。該材料成本低,且在濕度達5%時仍保持穩(wěn)定,可在一般的干燥間合成和儲存。此外,Li2ZrCl6的離子電導率高達0.81 mS cm-1,具有良好的可變形性、對空氣的穩(wěn)定性,以及和高電壓正極的相容性。用Li2ZrCl6固態(tài)電解質組成的全固態(tài)電池在性能上甚至略高于其他氯化物固態(tài)電解質組成的電池,并遠超于基于硫化物和氧化物固態(tài)電解質的同類電池;Li2ZrCl6和高能量密度的單晶高鎳三元正極LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(即NMC811)組成的全固態(tài)電池,在200 mA g–1的大電流密度下循環(huán)200圈后容量仍高達150 mAh g-1,并在整個長循環(huán)過程中容量幾乎無衰減。與其他固態(tài)電解質相比,Li2ZrCl6在大規(guī)模生產的成本以及綜合電化學性能兩方面兼具顯著優(yōu)勢,其發(fā)現(xiàn)將對全固態(tài)電池的商業(yè)化產生推動作用。

研究工作得到科技部國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科大重要方向項目培育基金等的資助。

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