电解质原材料成本骤降@@ 新材料加速固态锂电池@@@@商业化@@

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近日@@,一种@@锂电池@@固态电解质新材料@@——氯化锆锂@@的问世@@,成功将@@50微米@@厚度的原材料成本降低至@@1.38美元@@/平方米@@,而此前最廉价的氯化物固态电解质相对应的成本为@@23.05美元@@/平方米@@。

氯化锆锂@@的发现使氯化物固态电解质兼具性能和成本的优势@@

氯化锆锂@@的发现使氯化物固态电解质兼具性能和成本的优势@@。

桂运安@@

这种@@新材料由中国科学技术大学教授马骋团队设计并合成@@,该材料克服了@@锂电池@@固态电解质材料生产成本和综合性能难以兼得的瓶颈@@,有望推进安全且具有更大能量密度提升空间@@的全固态锂电池@@@@商业化进程@@。相关成果@@7月@@20日发表于@@《自然@@—通讯@@》。

值@@得关注的是@@,该成果发布的第二天@@,锂电池@@板块@@“涨声@@”一片@@,飘红股@@票占比@@87%,A股@@19只@@“锂电池@@”股@@再创历史新高@@。投资者认为@@,这一重磅进展有可能是引爆@@“锂电池@@”板块的推手之一@@,而市场也对这种@@@@“物美价廉@@”的新材料充满期待@@。

“鱼与熊掌@@”可兼得@@

当前@@,传统商用锂电池@@自燃@@、爆炸事故时有发生@@。不久前@@,杭州电动车自燃事故仍让人心有余悸@@。

“采用有机液态电解质的传统商用锂离子电池@@,具有体积小@@、容量大@@、使用寿命长等优点@@,但其热失控之后容易起火@@,甚至引发爆炸@@。”马骋对@@《中国科学报@@》说@@,固态锂电池@@@@中的固态电解质@@,可以杜绝液态电解质带来的@@“易燃易爆@@”与漏液等问题@@,实现安全储能@@。

固态电解质是固态锂电池@@@@最核心的部件@@,但其生产成本和综合性能往往不可兼得@@@@,难以满足商业化需求@@。

“虽然固态锂电池@@@@具有更高的安全性@@,但固态电解质原材料成本大多非常高@@,并且相当一部分性能很好的固态电解质对湿度的稳定性不佳@@,需要在露点不超过零下@@40摄氏度的环境下制备@@和储存@@,极大增加了@@生产成本@@。”马骋坦言@@,这些都给全固态电池的商业化带来巨大挑战@@。

对生产成本和综合性能来说@@@@,“鱼与熊掌@@”能否兼得@@?马骋团队设计并合成的新型氯化物固态电解质材料@@——氯化锆锂@@,成功将@@50微米@@厚度的原材料成本降低至@@1.38美元@@/平方米@@,远低于@@10美元@@/平方米@@这一确保全固态电池市场竞争力的阈值@@@@。

除此之外@@,氯化锆锂@@在露点高达零下@@15摄氏度的相对潮湿气氛中仍能保持稳定@@,其合成和储存对环境的要求并不苛刻@@,相对来说@@更容易制备@@@@,这也进一步降低了@@生产成本@@。

值@@得关注的是@@,生产成本的降低并不以牺牲性能为代价@@。

“这一新成果最大的亮点@@,就是我们设计的材料在大幅降低规模化生产成本的同时@@,仍然在综合性能上有很强的竞争力@@。”马骋表示@@,在离子电导率@@、可变形性以及与高电压正极相容性等方面@@,氯化锆锂@@很好集成了@@硫化物@@、氧化物固态电解质的优势@@。它与高镍三元正极组成的全固态电池的循环性能@@,甚至可以比肩基于液态电解质的锂离子电池@@。

新材料并不完美@@

当下主流的动力电池@@,无论是磷酸铁锂电池@@还是三元锂离子电池@@,均是采用液态电解质的锂离子电池@@,除了@@存在@@“易燃易爆@@”的弊病@@,能量密度也基本达到了@@@@“天花板@@”。

马骋认为@@,在新能源电动汽车领域@@,全固态锂电池@@@@或许是安全问题的最终解决方案@@,将会成为锂电池@@行业的颠覆者@@。此外@@,全固态电池可以使用更高能量的正负极材料@@,电池构造也能提供更多@@“脑洞大开@@”的可能性@@。

然而@@,全固态锂电池@@@@虽然被科学界和产业界普遍看好@@,但其商业化量产仍面临诸多障碍@@,比如需要寻找更加适合量产的固态电解质材料@@、固态电解质膜需要做得更薄等@@。

马骋坦言@@,固态电解质材料只@@有兼顾成本和性能@@,且具有巨大优越性@@,才有全面替代液态电解质的可能@@。此外@@,固态电解质膜主要用来传输锂离子@@,厚度做到@@10~40微米@@,在能量密度上才具备@@竞争力@@,这些重大障碍均非一朝一夕可以扫除@@。

氯化锆锂@@则是首个基于四价阳离子的高性能氯化物固态电解质@@,马骋表示@@,它克服了@@生产成本和综合性能难以兼得的重大瓶颈@@,并且在这两方面均具备@@显著优势@@,这在固态电解质中十分罕见@@,为全固态电池商业化扫清了@@一大障碍@@。

“但需要特别说@@明的是@@,这一新材料并不完美@@@@。”马骋坦言@@,氯化锆锂@@对于金属锂负极的稳定性并不好@@,这一不足仍需解决@@。目前@@,该团队正在试图提升氯化锆锂@@对金属锂的稳定性@@,以及研发基于氯化锆锂@@的高能量密度软包电池@@,不断优化全固态锂电池@@@@性能@@,并与相关企业合作推进商业化进程@@。

“我相信随着科技发展@@,各种@@障碍会一个个被清除@@。”马骋说@@@@。

相关论文信息@@:https://doi.org/10.1038/s41467-021-24697-2

文章来源@@:中国科学报@@

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