【会议报告】低成本、高性能的氧氯化物固态电解质

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之后，其安全性和能量密度都有望获得极大的提升。固态电解质和围绕固态电解质的一系列问题是全固态电池发展的主要瓶颈。近年来，氧氯化物作为氧化物、硫化物、氯化物以外的第四类无机固态电解质进入了研究者的视野，这类材料对于克服全固态电池性能、成本难以兼顾的瓶颈有着独特优势。

六月份，中国科学技术大学马骋教授课题组开发了一种氧氯化物固态电解质——氧氯化锆锂（Li1.75ZrCl4.75O0.5），很好的满足了离子电导率、可变形性和成本竞争力这三个条件。相关研究成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”为题发表在Nature Commun.上。

Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5在室温下表现出高达2.42 mS cm^-1的离子电导率，超过了大多数卤化物固态电解质，即便和硫化物固态电解质相比也并不逊色。与此同时，该材料还具有良好的可变形性，在300 MPa冷压之后的相对密度高达94.2%，超过了目前常见的以良好可变形性著称的Li₁₀GeP₂S1₂、Li₆PS₅Cl、Li₂ZrCl₆、Li₃InCl₆等固态电解质。除此之外，由于作为原料的LiCl、LiOH·H₂O、ZrCl₄价格低廉，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5的原材料成本仅$11.60/kg，远低于$50/kg这一确保固态电池市场竞争力的门槛。而如果使用更为廉价的ZrOCl₂·8H₂O、LiCl、ZrCl₄合成，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5的原材料成本还可以进一步降低。由于兼具高离子电导率和良好的可变形性，Li_1.75ZrCl_4.75O_0.5和单晶LiNi_0.8M_n0.1Co_0.1O₂组成的全固态电池表现出优异的电化学性能，即便在1 A g⁻¹的大电流密度下仍能实现超过2000圈稳定循环和>70%的容量保持率。

氧氯化锆锂的发现，使固态电解质在性能、成本两方面同时实现突破，对固态电池的产业化具有重大意义，为固态电池的商业化铺平了道路。审稿人认为这一发现“很有新意和原创性”，并且认为氧氯化锆锂材料“很有前景”，“有益于固态电池技术的商业化”。

针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将在昆山举办第五届高比能固态电池关键材料技术大会。为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及电动车、储能、特种应用等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，共同推动行业发展。届时，中国科学技术大学马骋教授将作题为《低成本、高性能的氧氯化物固态电解质》的报告。报告人将围绕氧氯化物材料，介绍其课题组近期关于全固态电池的研究进展。

专家简介：

马骋，中国科学技术大学材料科学与工程系教授、博士生导师。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年加入中国科学技术大学，任教授、博士生导师。马骋教授课题组致力于将先进透射电镜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，另一方面以此为指导，进行有针对性的性能提升和材料设计。课题组目前专注于全固态锂电池和全固态氟离子电池相关材料及器件的研究。马骋教授是氯化锆锂系固态电解质的发现者；其近五年的主要成果以通讯作者发表在Nature Materials, Nature Communications, Matter等期刊上。

参考来源：

Hu, L., Wang, J., Wang, K. et al. A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries. Nat Commun 14, 3807 (2023).

新材料成本直降96%！氧氯化锆锂电解质破解固态电池产业化难题.粉体网

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