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中国科大破解全固态锂电池应用压力难题
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中国科大破解全固态锂电池应用压力难题

记者 王珊珊
 

星报讯 针对全固态锂电池依赖外部高压维持界面接触、难以实际应用的问题,中国科学技术大学马骋教授提出了低成本且适合商业化的解决方案,相关成果于1月8日在《自然-通讯》上发表。

液态锂离子电池难以兼顾高安全性和高能量密度,全固态锂电池虽有望突破这一瓶颈,却面临新难题。其电解质和电极均为固体,通常需几十甚至上百兆帕的外部压力才能维持良好界面接触,而实际场景难以实现如此高压,阻碍了全固态锂电池投入应用。

解决此问题的关键在于找到一种固态电解质,即便在低压力下也能有效改变形状,与体积不断变化的电极材料紧密接触,同时还要具备高离子电导率、低成本、适配规模化生产等商业化特质,这给问题解决带来极大挑战。

马骋教授开发出新型固态电解质——锂锆铝氯氧,实现了上述性能。与其他主流无机固态电解质相比,锂锆铝氯氧的杨氏模量不到它们的25%,硬度不到10%,可变形性远超其他固态电解质。它维持无机粉末形态,能较好适配规模化卷对卷生产,在辊压等高压力环节不会像凝胶类材料那样因过度延展被挤出。研究团队用适配规模化且经济节能的干法工艺,制备了使用超高镍三元正极和金属锂负极的小型软包全固态电池器件。

此外,锂锆铝氯氧离子电导率高,使全固态锂电池稳定循环所需压力从几十、上百兆帕降至实际应用中可能达到的5兆帕,且在5兆帕下实现数百次稳定循环。它核心原材料是经济的四氯化锆,成本不到主流硫化物固态电解质的5%,具有良好的商业化前景。

 
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