中國(guo)(guo)科學(xue)(xue)技術(shu)大學(xue)(xue)的(de)馬(ma)騁教授開發(fa)了(le)一種新型硫化物(wu)固態(tai)電(dian)(dian)解質。這(zhe)種固態(tai)電(dian)(dian)解質在展(zhan)示硫化物(wu)固態(tai)電(dian)(dian)解質固有優勢的(de)同時,實(shi)現了(le)其(qi)它硫化物(wu)固態(tai)電(dian)(dian)解質所無法達到的(de)極其(qi)低廉、適合商(shang)業(ye)化的(de)成本。該(gai)成果以(yi)“A Cost-Effective Sulfide Solid Electrolyte Li7P3S7.5O3.5 with Low Density and Excellent Anode Compatibility”為(wei)題發(fa)表在國(guo)(guo)際(ji)學(xue)(xue)術(shu)期刊Angewandte Chemie International Edition上。
全(quan)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)有(you)望克服目(mu)前商(shang)業(ye)化(hua)鋰離子(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在續航、安全(quan)性上難以兼(jian)顧(gu)的(de)(de)瓶頸,從而(er)突破目(mu)前電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)技(ji)術的(de)(de)玻璃天(tian)花板。成(cheng)功實現全(quan)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)商(shang)業(ye)化(hua)的(de)(de)關(guan)鍵,在于找到合(he)適的(de)(de)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi)。在氧化(hua)物、硫化(hua)物、鹵化(hua)物這三類固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi)中,硫化(hua)物是唯一(yi)同時具備良好負極(ji)相容性(從而(er)能適配金屬鋰、硅等高能量(liang)(liang)密度負極(ji))和極(ji)低密度(從而(er)有(you)利于降低電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)重量(liang)(liang)、提升電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)能量(liang)(liang)密度)的(de)(de)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi);在世界(jie)范圍內,日本(ben)豐田(tian)、韓國三星等知(zhi)名企業(ye),都在過去(qu)的(de)(de)十幾(ji)年間對硫化(hua)物固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)質(zhi)進行了(le)大(da)量(liang)(liang)的(de)(de)研發投(tou)入。但是,此(ci)類材料的(de)(de)成(cheng)本(ben)普(pu)遍高于195美元每公斤,遠高于實現商(shang)業(ye)化(hua)所需(xu)要的(de)(de)50美元每公斤;如(ru)果(guo)這一(yi)問(wen)題(ti)得(de)不到解(jie)決,那么由(you)硫化(hua)物構成(cheng)的(de)(de)全(quan)固(gu)態(tai)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)即便實現了(le)量(liang)(liang)產(chan)、裝車,也無法為市場所接受(shou)。
硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)固(gu)態(tai)電解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)居高不(bu)(bu)(bu)下(xia)的(de)(de)(de)根(gen)源,在(zai)于(yu)它們的(de)(de)(de)合成(cheng)(cheng)(cheng)需要(yao)使用大量昂貴的(de)(de)(de)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)(li)(不(bu)(bu)(bu)低(di)于(yu)650美(mei)元每(mei)公斤)。在(zai)多(duo)年(nian)的(de)(de)(de)探索中(zhong)(zhong),研究(jiu)者曾嘗試了各種降(jiang)低(di)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)(li)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)的(de)(de)(de)方法(fa),但發現(xian)實現(xian)這(zhe)一目標極為(wei)困(kun)難。而在(zai)此次(ci)的(de)(de)(de)研究(jiu)中(zhong)(zhong),馬(ma)騁教授采(cai)取了完(wan)全不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)策略:他不(bu)(bu)(bu)再致(zhi)力于(yu)降(jiang)低(di)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)(li)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben),而是開發了一種不(bu)(bu)(bu)以硫(liu)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)(li)作(zuo)為(wei)原料的(de)(de)(de)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)固(gu)態(tai)電解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)——氧(yang)(yang)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)磷鋰(li)(li)。這(zhe)種固(gu)態(tai)電解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)可以水合氫(qing)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)(hua)鋰(li)(li)和硫(liu)化(hua)(hua)(hua)磷作(zuo)為(wei)原材料合成(cheng)(cheng)(cheng)。由(you)于(yu)這(zhe)兩種物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)均成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)低(di)廉,氧(yang)(yang)硫(liu)化(hua)(hua)(hua)磷鋰(li)(li)的(de)(de)(de)原材料成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)僅14.42美(mei)元每(mei)公斤,不(bu)(bu)(bu)到其它硫(liu)化(hua)(hua)(hua)物(wu)固(gu)態(tai)電解(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)8%,也(ye)遠低(di)于(yu)50美(mei)元每(mei)公斤這(zhe)一商(shang)業(ye)化(hua)(hua)(hua)的(de)(de)(de)要(yao)求,具有很強的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)(cheng)本(ben)(ben)競爭力。

圖(tu):氧硫化(hua)磷鋰和其(qi)它(ta)硫化(hua)物固(gu)態電解質(zhi)的原(yuan)材料(liao)成本比較
同時,氧(yang)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)磷鋰也很(hen)好(hao)(hao)的(de)繼承了(le)使硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)電解質區別于(yu)(yu)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)、鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)電解質的(de)獨(du)特優勢:它(ta)同時具(ju)(ju)備極低的(de)密度(du)和(he)良好(hao)(hao)的(de)負極相容(rong)性。氧(yang)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)磷鋰的(de)密度(du)僅1.7克每(mei)立(li)方(fang)厘米,和(he)其(qi)它(ta)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)電解質相近,并且低于(yu)(yu)鹵(lu)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(約2.5克每(mei)立(li)方(fang)厘米)和(he)氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)電解質(大(da)都(dou)高于(yu)(yu)5克每(mei)立(li)方(fang)厘米)。與此(ci)同時,氧(yang)硫(liu)(liu)化(hua)(hua)磷鋰和(he)鋰金(jin)(jin)屬(shu)(shu)、硅(gui)(gui)這兩種高能量(liang)密度(du)負極都(dou)展示了(le)良好(hao)(hao)的(de)相容(rong)性;它(ta)和(he)鋰金(jin)(jin)屬(shu)(shu)組(zu)成(cheng)的(de)對(dui)稱電池能實現4200小時以上的(de)室溫穩定循(xun)環(huan),而它(ta)和(he)硅(gui)(gui)負極、高鎳三元正極組(zu)成(cheng)的(de)全固(gu)(gu)(gu)態(tai)(tai)軟包電池,在60攝氏(shi)度(du)下循(xun)環(huan)200次后,仍具(ju)(ju)有89.29%的(de)容(rong)量(liang)保持率。
審稿人認為氧硫(liu)化磷鋰固態電解質“同時具(ju)備低(di)密(mi)度、良好(hao)的(de)負極兼(jian)容性(xing)、以及強勁的(de)成(cheng)本競爭力”,由氧硫(liu)化磷鋰組成(cheng)的(de)全(quan)(quan)固態電池具(ju)有“出色(se)的(de)循環性(xing)能(neng)”,它的(de)發(fa)現對全(quan)(quan)固態電池的(de)實際應用具(ju)有重要的(de)推動作用。
相(xiang)關論文信息://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202407892
① 凡本(ben)站(zhan)(zhan)注明“稿(gao)件來(lai)源(yuan):中國教育在線”的所有(you)文(wen)字、圖片和音視頻稿(gao)件,版權(quan)(quan)(quan)均屬(shu)本(ben)網所有(you),任何媒體(ti)、網站(zhan)(zhan)或(huo)個人未經本(ben)網協(xie)議授權(quan)(quan)(quan)不得轉載、鏈接、轉貼或(huo)以其他方式復制發表。已經本(ben)站(zhan)(zhan)協(xie)議授權(quan)(quan)(quan)的媒體(ti)、網站(zhan)(zhan),在下載使用時必(bi)須注明“稿(gao)件來(lai)源(yuan):中國教育在線”,違者(zhe)本(ben)站(zhan)(zhan)將依法追(zhui)究責任。
② 本(ben)站(zhan)注明稿(gao)件來(lai)源為其他媒體的(de)文/圖等稿(gao)件均(jun)為轉載(zai)稿(gao),本(ben)站(zhan)轉載(zai)出于(yu)非商業性的(de)教育(yu)和科研之目(mu)的(de),并不意味(wei)著(zhu)贊同(tong)其觀(guan)點或證實其內(nei)容的(de)真實性。如(ru)轉載(zai)稿(gao)涉(she)及版權(quan)等問題(ti),請作者(zhe)在兩周內(nei)速來(lai)電或來(lai)函聯(lian)系(xi)。




中國教育在線
