马骋教授谈全固态电池:锂离子,还是“超越锂离子”?


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  第三届高比能固态电池关键材料技术大会,2022年1月7-8日,武汉。

中国粉体网讯  通过将电池中易燃的有机液态电解质替换为不可燃的无机固态电解质,可以极大的提高电池的安全性,以及能量密度的提升空间。这一电池“固态化”的需求不仅推动了全固态锂电池的发展,也使得其它具备独特优势但并不基于锂离子的全固态电池进入了研究者的视野。


"虽然全固态锂电池具有更高的安全性,但它的核心部件——固态电解质的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,需要在露点极低的气氛下制备和储存,从另一方面增加了生产成本。"马骋表示,"这为全固态电池的商业化制造了巨大的挑战。"


针对这一问题,马骋教授课题组设计并合成了一种新型氯化物固态电解质—氯化锆锂(Li2ZrCl6)。这一材料成功将50微米厚度时的原材料成本降低至1.38美元/平方米,罕见的远远低于10美元/平方米这一确保全固态电池市场竞争力的阈值,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,远远超过这一阈值。除此之外,氯化锆锂在湿度高达5%(对应露点-15°C)时仍保持稳定,因此其合成和储存对气氛的要求并不苛刻,进一步降低了生产成本。


在离子电导率、可变形性、与高电压正极的相容性等方面,氯化锆锂很好的继承了氯化物固态电解质相对于其它固态电解质的优势,由其组成的全固态电池的循环性能甚至远远超过基于硫化物和氧化物固态电解质的同类电池。氯化锆锂在生产成本及综合电化学性能方面具备显著优势,这在固态电解质中是十分罕见的,它的发现为商业化量产全固态电池克服了重大挑战。


因为无论对于何种全固态电池,设计合适的固态电解质材料都是当下最核心的挑战。为深入了解固态电解质材料,2022年1月7-8日,由中国粉体网主办的“第三届高比能固态电池关键材料技术大会”将于湖北武汉东方建国大酒店举办,届时将邀请来自中国科学技术大学马骋教授作《全固态电池:锂离子,还是“超越锂离子”?》报告。马骋教授将针对不同全固态电池,介绍其课题组在固态电解质材料设计上的最新进展。




个人简历:


马骋,中国科学技术大学教授、博士生导师,国家海外高层次人才引进青年项目入选者。马骋教授于2006年在清华大学(北京)获得学士学位,2012年在美国爱荷华州立大学获得博士学位,2012-2013年和2013-2016年分别在爱荷华州立大学和美国橡树岭国家实验室进行博士后研究,2016年入选国家海外高层次人才引进青年项目,并加入中国科学技术大学,任教授、博士生导师。马骋教授致力于将多种前沿的电子显微学技术和无机材料合成相结合,一方面通过对材料在原子尺度行为的直接观察揭示其结构-性能关联,另一方面以此为理论指导,进行有针对性的性能提升。目前的研究主要聚焦于全固态电池。相关成果以第一或通讯作者发表在Nature Materials,Nature Communications,Matter等高影响力期刊上,并多次入选相应期刊的封面或内封面。


参考资料:

合肥晚报:中国科大新成果助推全固态电池商业化量产


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