中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的馬騁教授開發(fā)了一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì),。這種固態(tài)電解質(zhì)在展示硫化物固態(tài)電解質(zhì)固有優(yōu)勢的同時，實現(xiàn)了其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)所無法達到的極其低廉,、適合商業(yè)化的成本,。該成果以“A Cost-Effective Sulfide Solid Electrolyte Li7P3S7.5O3.5 with Low Density and Excellent Anode Compatibility”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Angewandte Chemie International Edition上。
全固態(tài)電池有望克服目前商業(yè)化鋰離子電池在續(xù)航,、安全性上難以兼顧的瓶頸,，從而突破目前電池技術(shù)的玻璃天花板。成功實現(xiàn)全固態(tài)電池商業(yè)化的關(guān)鍵,，在于找到合適的固態(tài)電解質(zhì),。在氧化物、硫化物,、鹵化物這三類固態(tài)電解質(zhì)中,，硫化物是唯一同時具備良好負極相容性（從而能適配金屬鋰、硅等高能量密度負極）和極低密度（從而有利于降低電池重量,、提升電池能量密度）的固態(tài)電解質(zhì),；在世界范圍內(nèi)，日本豐田,、韓國三星等知名企業(yè),，都在過去的十幾年間對硫化物固態(tài)電解質(zhì)進行了大量的研發(fā)投入。但是,，此類材料的成本普遍高于195美元每公斤,，遠高于實現(xiàn)商業(yè)化所需要的50美元每公斤；如果這一問題得不到解決,，那么由硫化物構(gòu)成的全固態(tài)電池即便實現(xiàn)了量產(chǎn),、裝車，也無法為市場所接受,。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)成本居高不下的根源,，在于它們的合成需要使用大量昂貴的硫化鋰（不低于650美元每公斤）。在多年的探索中,，研究者曾嘗試了各種降低硫化鋰成本的方法,，但發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)這一目標(biāo)極為困難。而在此次的研究中，馬騁教授采取了完全不同的策略：他不再致力于降低硫化鋰的成本,，而是開發(fā)了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態(tài)電解質(zhì)——氧硫化磷鋰,。這種固態(tài)電解質(zhì)可以水合氫氧化鋰和硫化磷作為原材料合成。由于這兩種物質(zhì)均成本低廉,，氧硫化磷鋰的原材料成本僅14.42美元每公斤,，不到其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)的8%，也遠低于50美元每公斤這一商業(yè)化的要求,，具有很強的成本競爭力,。
圖：氧硫化磷鋰和其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)的原材料成本比較
同時，氧硫化磷鋰也很好的繼承了使硫化物固態(tài)電解質(zhì)區(qū)別于氧化物,、鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的獨特優(yōu)勢：它同時具備極低的密度和良好的負極相容性,。氧硫化磷鋰的密度僅1.7克每立方厘米，和其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)相近,，并且低于鹵化物（約2.5克每立方厘米）和氧化物固態(tài)電解質(zhì)（大都高于5克每立方厘米）。與此同時,，氧硫化磷鋰和鋰金屬,、硅這兩種高能量密度負極都展示了良好的相容性；它和鋰金屬組成的對稱電池能實現(xiàn)4200小時以上的室溫穩(wěn)定循環(huán),，而它和硅負極,、高鎳三元正極組成的全固態(tài)軟包電池，在60攝氏度下循環(huán)200次后,，仍具有89.29%的容量保持率,。
審稿人認為氧硫化磷鋰固態(tài)電解質(zhì)“同時具備低密度、良好的負極兼容性,、以及強勁的成本競爭力”,，由氧硫化磷鋰組成的全固態(tài)電池具有“出色的循環(huán)性能”，它的發(fā)現(xiàn)對全固態(tài)電池的實際應(yīng)用具有重要的推動作用,。
相關(guān)論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202407892
（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,、科研部）
