中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁開發(fā)出一種用于全固態(tài)電池的新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)。該材料在具有硫化物固態(tài)電解質(zhì)固有優(yōu)勢的同時(shí)，相較其他硫化物固態(tài)電解質(zhì)，成本更加低廉、更適合商業(yè)化。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

全固態(tài)電池有望突破鋰離子電池難以兼顧續(xù)航和安全性的瓶頸，從而打破目前電池技術(shù)的“天花板”。固態(tài)電解質(zhì)是成功構(gòu)筑全固態(tài)電池的關(guān)鍵�？茖W(xué)家認(rèn)為，在氧化物、硫化物、鹵化物這3類固態(tài)電解質(zhì)中，性能優(yōu)異的硫化物最有希望實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池的實(shí)際應(yīng)用。但是，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的成本普遍超過每公斤195美元，遠(yuǎn)高于實(shí)現(xiàn)商業(yè)化所需要的每公斤50美元。

這一問題的根源在于硫化物固態(tài)電解質(zhì)的合成需要使用大量昂貴的硫化鋰，其價(jià)格不低于每公斤650美元。研究人員曾試圖通過多種方法降低硫化鋰成本，但長期探索表明實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)相當(dāng)困難。

為此，馬騁不再致力于降低硫化鋰成本，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)以成本低廉的水合氫氧化鋰和硫化磷為原材料合成，其成本僅為每公斤14.42美元，不到其他硫化物固態(tài)電解質(zhì)原材料成本的8%，遠(yuǎn)低于每公斤50美元這一商業(yè)化要求，具有很強(qiáng)的成本競爭力。

同時(shí)，氧硫化磷鋰保留了硫化物固態(tài)電解質(zhì)的獨(dú)特優(yōu)勢，兼具極低的密度和良好的負(fù)極相容性，而這在氧化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)中無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)。氧硫化磷鋰的密度僅1.7克每立方厘米，低于鹵化物和氧化物固態(tài)電解質(zhì)。此外，氧硫化磷鋰與鋰金屬和硅都能良好相容；它和鋰金屬組成的對稱電池能在室溫下穩(wěn)定循環(huán)超4200小時(shí)，而它和硅負(fù)極、高鎳三元正極組成的全固態(tài)軟包電池，在60度下循環(huán)200次后，仍具有89.29%的容量保持率。

馬騁說：“我們的工作表明硫化物固態(tài)電解質(zhì)的成本問題并非無解。氧硫化磷鋰作為一種新材料，在性能上有望進(jìn)一步提升，我們也在為此繼續(xù)努力�！�

審稿人認(rèn)為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”，其發(fā)現(xiàn)對全固態(tài)電池商業(yè)化具有重要意義。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202407892