七七事变84周年

扫一扫关注微信二维码 杜莎夫人蜡像馆

2021.07.26

【中国科学报】电解质原材料成本骤降 新材料加速固态锂电池商业化


氯化锆锂的发现使氯化物固态电解质兼具性能和成本的优势。

桂运安

近(jin)日(ri),一种锂电池固(gu)态电解(jie)质新材料——氯(lv)化锆锂的(de)问世,成(cheng)(cheng)功将50微米(mi)厚度的(de)原材料成(cheng)(cheng)本降(jiang)低至(zhi)1.38美元/平方(fang)米(mi),而此前最(zui)廉价的(de)氯(lv)化物固(gu)态电解(jie)质相对应的(de)成(cheng)(cheng)本为23.05美元/平方(fang)米(mi)。

这种新材料(liao)由中国科(ke)学(xue)技术大学(xue)教授马(ma)骋团(tuan)队设(she)计(ji)并合(he)成,该材料(liao)克服了锂(li)电池固态电解质材料(liao)生产成本和综合(he)性能难以兼得的瓶颈,有望(wang)推(tui)进安全且具(ju)有更大能量(liang)密(mi)度提升空(kong)间的全固态锂(li)电池商业(ye)化进程。相关成果(guo)7月20日发表于《自然(ran)—通(tong)讯(xun)》。

值(zhi)得关注的(de)是,该成果发布(bu)的(de)第二天(tian),锂电(dian)池(chi)(chi)板(ban)块“涨声”一片,飘红股(gu)(gu)票占比87%,A股(gu)(gu)19只“锂电(dian)池(chi)(chi)”股(gu)(gu)再(zai)创历史(shi)新(xin)高。投资者认(ren)为(wei),这一重磅进(jin)展有(you)可能是引爆“锂电(dian)池(chi)(chi)”板(ban)块的(de)推手之一,而(er)市场也(ye)对这种“物美价廉”的(de)新(xin)材料充满期待。

“鱼与熊掌”可兼得

当前,传(chuan)统商用锂电池自(zi)燃(ran)、爆(bao)炸事故(gu)时有发生。不(bu)久(jiu)前,杭州(zhou)电动车自(zi)燃(ran)事故(gu)仍让人(ren)心有余(yu)悸。

“采(cai)用有(you)机液态电(dian)(dian)解(jie)质的传统商(shang)用锂离子电(dian)(dian)池,具有(you)体积(ji)小、容量大、使用寿命长等优点,但其热失(shi)控之后容易(yi)起火,甚至引发爆炸。”马骋对《中(zhong)国科学(xue)报》说(shuo),固(gu)态锂电(dian)(dian)池中(zhong)的固(gu)态电(dian)(dian)解(jie)质,可(ke)以杜绝液态电(dian)(dian)解(jie)质带来的“易(yi)燃易(yi)爆”与漏液等问(wen)题,实现安全储能。

固态电解质是固态锂电池最核心的(de)部(bu)件(jian),但其生产成本和综合性能往(wang)往(wang)不(bu)可(ke)兼得,难以满(man)足商业化需求。

“虽然(ran)固(gu)(gu)态锂电(dian)池具有(you)更高(gao)的安全性,但固(gu)(gu)态电(dian)解质原材料成(cheng)本大多(duo)非(fei)常高(gao),并(bing)且相当一部分(fen)性能很好的固(gu)(gu)态电(dian)解质对湿度(du)的稳(wen)定(ding)性不(bu)佳,需要(yao)在露点不(bu)超过零(ling)下40摄(she)氏度(du)的环境下制备和储存,极大增加了生(sheng)产(chan)成(cheng)本。”马(ma)骋(cheng)坦(tan)言,这(zhei)些都(dou)给(ji)全固(gu)(gu)态电(dian)池的商业化(hua)带(dai)来巨大挑战。

对(dui)生产成(cheng)本和综合(he)性能(neng)来(lai)说(shuo),“鱼与(yu)熊掌”能(neng)否兼得(de)?马骋团队设计并合(he)成(cheng)的(de)新型氯化物固态电(dian)解质(zhi)材料——氯化锆锂,成(cheng)功将50微米厚度的(de)原(yuan)材料成(cheng)本降低(di)至1.38美元(yuan)/平(ping)方(fang)(fang)米,远低(di)于(yu)10美元(yuan)/平(ping)方(fang)(fang)米这一确保(bao)全(quan)固态电(dian)池(chi)市场竞争力的(de)阈值。

除此之外,氯(lv)化(hua)锆锂在露点高达(da)零(ling)下15摄氏(shi)度(du)的(de)相(xiang)对(dui)潮(chao)湿(shi)气氛中仍能保持稳(wen)定,其合成(cheng)和储存对(dui)环境(jing)的(de)要求并不苛(ke)刻,相(xiang)对(dui)来说更容易(yi)制备,这也进一步(bu)降低(di)了生产成(cheng)本。

值得关注的(de)是,生(sheng)产成本的(de)降低(di)并不以牺牲(sheng)性能为代价(jia)。

“这一(yi)新成果最(zui)大(da)的(de)(de)亮点,就是我们(men)设计的(de)(de)材(cai)料在(zai)(zai)大(da)幅(fu)降低规模化(hua)生产成本的(de)(de)同时,仍然(ran)在(zai)(zai)综合性能上(shang)有很强的(de)(de)竞(jing)争力。”马骋表示(shi),在(zai)(zai)离子(zi)(zi)电导(dao)率、可(ke)变形性以及与高电压正(zheng)极(ji)相容性等方面,氯化(hua)锆锂很好集成了硫化(hua)物(wu)(wu)、氧(yang)化(hua)物(wu)(wu)固态电解质的(de)(de)优势。它与高镍(nie)三元正(zheng)极(ji)组成的(de)(de)全固态电池的(de)(de)循环性能,甚至可(ke)以比肩基于液态电解质的(de)(de)锂离子(zi)(zi)电池。

新材料并不完美

当下主流的动力(li)电(dian)池,无论是(shi)磷酸铁锂(li)电(dian)池还是(shi)三元锂(li)离子电(dian)池,均是(shi)采用液(ye)态电(dian)解质(zhi)的锂(li)离子电(dian)池,除了存在“易燃易爆”的弊病,能量密度也基(ji)本达到了“天(tian)花板”。

马骋(cheng)认为,在新能(neng)(neng)源电(dian)动汽(qi)车领域(yu),全固态锂(li)(li)电(dian)池(chi)或许是安全问题的最终解决方案(an),将会成为锂(li)(li)电(dian)池(chi)行(xing)业的颠覆(fu)者(zhe)。此(ci)外(wai),全固态电(dian)池(chi)可以使用更高能(neng)(neng)量的正(zheng)负极材(cai)料,电(dian)池(chi)构造也能(neng)(neng)提供更多“脑洞大开”的可能(neng)(neng)性。

然而,全固(gu)态锂电池虽然被科学界(jie)和(he)产(chan)业界(jie)普遍看好,但(dan)其商业化量(liang)(liang)产(chan)仍(reng)面临诸(zhu)多障碍,比如需要寻找更(geng)加适合量(liang)(liang)产(chan)的固(gu)态电解质(zhi)(zhi)材(cai)料(liao)、固(gu)态电解质(zhi)(zhi)膜需要做得更(geng)薄(bo)等。

马骋坦言,固(gu)态电(dian)解(jie)质(zhi)材料只有(you)(you)(you)兼顾成(cheng)本和性(xing)能(neng),且具有(you)(you)(you)巨大优越性(xing),才有(you)(you)(you)全面替(ti)代液态电(dian)解(jie)质(zhi)的可能(neng)。此外,固(gu)态电(dian)解(jie)质(zhi)膜主要用(yong)来传输锂(li)离(li)子,厚度做到10~40微米,在能(neng)量密度上才具备竞争力(li),这些重大障碍均非一朝一夕可以扫(sao)除。

氯(lv)化锆锂(li)则(ze)是(shi)首个基于(yu)四价阳离子的(de)高性能氯(lv)化物固态电(dian)解(jie)质,马骋表示,它(ta)克服了生产成本(ben)和综合性能难以兼(jian)得的(de)重(zhong)大(da)瓶颈(jing),并且在(zai)这两方(fang)面(mian)均具备(bei)显著优势,这在(zai)固态电(dian)解(jie)质中十分罕见,为全(quan)固态电(dian)池商(shang)业(ye)化扫清了一大(da)障碍。

“但需要特别(bie)说明的(de)是,这一新材料(liao)并不完美。”马骋坦言,氯化锆锂(li)(li)对于金属(shu)(shu)锂(li)(li)负极的(de)稳(wen)定性并不好,这一不足仍需解决。目前,该团队正(zheng)在试(shi)图提升(sheng)氯化锆锂(li)(li)对金属(shu)(shu)锂(li)(li)的(de)稳(wen)定性,以及(ji)研(yan)发基于氯化锆锂(li)(li)的(de)高能量密度软包电池,不断优(you)化全固态锂(li)(li)电池性能,并与相关企业合(he)作推进(jin)商业化进(jin)程。

“我相信(xin)随着科(ke)技(ji)发展,各(ge)种障碍(ai)会一(yi)个个被清(qing)除。”马骋说。

相关论文信息:http://doi.org/10.1038/s41467-021-24697-2

《中国科学报》 (2020-07-26 第3版    能源化工)

http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2021/7/364171.shtm

热门链接
xml地图 | sitemap地图
武动乾坤
分享到:QQ空间新浪微博腾讯微博人人网微信
张家齐陈芋汐夺金 奥迪 凯迪拉克 刑侦日记 Upperground 斗破苍穹 世预赛 海上繁花 心动的信号 还来得及 陕西现纯白梅花鹿 悬崖之上 天龙八部 陈延年牺牲94周年 寻情记 王源 陈情令 直布罗陀 保时捷 鞠婧祎 欢乐斗地主 山河令 恰好是少年 狐妖小红娘 大赢家 专家解读诡异的云 斗破苍穹 今年盛夏气候预测 武炼巅峰 如棋 斗破苍穹 逆天邪神 国乒首丢奥运金牌 天官赐福 甄嬛传 美好的日子 全球失业危机加剧 王牌对王牌 三国演义 1921 雷克萨斯 七七事变84周年 双世宠妃3非诚勿扰 帝霸 元 看你看我 沃尔沃 格力研发空调发电 完美世界 中超 1921 88场山火在美蔓延 300英雄 觉醒年代 明星大侦探 千古玦尘 | 下一页
Baidu
sogou
百度 搜狗 360