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@@。
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@@