全固态锂离子电池电解质材料有哪些种类(新型锂电池固态电解质)

全固态锂电池可以克服目前商用锂离子电池严重的安全缺陷，并进一步提高能量密度。它们是新能源汽车和储能行业的颠覆性技术。然而，由于全固态锂电池的核心材料——固体电解质——难以平衡性能和成本，该技术的产业化仍面临巨大障碍。近日，中国科学技术大学马成教授报道了一种新型固体电解质。其综合性能与最先进的硫化物和氯化物固体电解质相似，但成本不到后者的4%，非常适合产业化。应用。该成果以“A cost-efficient, ionically Conductive and compressible oxychloride Solid-state Electrolytic for stable all-solid-state Li-based Batterys”为题发表在国际知名学术期刊《Nature Communications》上。

为了满足实际应用的需要，全固态锂电池的固体电解质需要同时满足至少三个条件：离子电导率高（室温下大于1毫西门子/厘米）、良好的变形能力（在250-350 MPa 密度超过90%），并且成本足够低（每公斤低于50 美元）。然而，目前广泛研究的氧化物、硫化物和氯化物固体电解质无法同时满足这些条件。氧化物作为脆性陶瓷，一般不变形。硫化物和大多数氯化物价格昂贵，至少每公斤200 美元左右。这些材料中唯一的例外是氯化锆锂，但其离子电导率远低于1 毫西门子/厘米。

在这项研究中，马成教授不再关注上述任何氧化物、硫化物和氯化物，而是转向氯氧化物，设计合成了一种新型固态电解质——氯氧化锆锂。这种材料具有很强的成本优势。如果用水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆合成，其原料成本仅为每公斤11.6美元，满足了上述每公斤50美元的要求。如果采用水合氯氧化锆、氯化锂、氯化锆进行合成，氯氧化锂锂的成本可进一步降低至每公斤7美元左右，远低于目前性价比最高的固体电解质氯化锆。锂（每公斤10.78 美元）和低于4% 的硫化物和稀土基、铟基氯化物固体电解质。在具有强大成本优势的同时，氯氧化锆锂的综合性能与最先进的硫化物和氯化物固体电解质相当。其室温离子电导率高达2.42毫西门子/厘米，超过应用所需的1毫西门子/厘米。同时，其良好的变形能力使材料在300 MPa压力下达到94.2%的密度，也高于应用所需的水平（250-350 MPa下90%以上的密度）。由氯氧化锆锂和高镍三元正极组成的全固态电池表现出了极其优异的性能：在12分钟快充的条件下，电池仍然成功在室温下稳定循环超过2000次。

氯氧化锆锂的发现，使固体电解质在性能和成本上都实现了突破，对全固态锂电池的产业化具有重要意义。审稿人认为，这一发现“非常新颖和原创”，氯氧化锂锆材料“非常有前途”并且“有利于固态电池技术的商业化”。