马成开发新型固态电解质

7月3日，据《中国科学报》报道，中国科技大学教授马成开发了一种新型固态电解质，其综合性能类似于最先进的硫化物和氯化物固态电解质，但成本不到后者的4%，适合工业化应用。

该成果于6月27日在国际著名学术期刊《自然-通讯》上发表。

公开数据显示，全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件，以满足实际应用需要：

高离子电导率(西门子每厘米在室温下超过1m)；

可变形性好(250-350兆帕下90%以上致密)；

成本足够低(每公斤50美元以下)。

目前广泛研究的氧化物、硫化物和氯化物固体电解质不能同时满足上述条件。例如，氧化物作为脆性陶瓷，一般不变形；硫化物和大多数氯化物至少每公斤200美元；氯化锆锂的离子电导率远低于每厘米1毫西门子。

据报道，马成教授不再关注上述任何氧化物、硫化物和氯化物，而是转向氧氯化物，设计并合成了一种新型的固态电解质——氧氯化锆锂。

氧氯化锆锂具有很强的成本优势。如果合成水合氢氧化锂、氯化锂和氯化锆，其原材料成本仅为每公斤11.6美元，很好地满足了每公斤50美元的要求。如果合成水合氧氯化锆、氯化锂和氯化锆，氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到每公斤7美元左右，远低于最具成本优势的固态电解质氯化锆锂(每公斤10.78美元)，低于硫化物、稀土基和锆基氯化物固态电解质的4%。

氧氯化锆锂在成本优势强的同时，其综合性能相当于目前最先进的硫化物和氯化物固态电解质。其室温离子电导率高达2.42m西门子每厘米，超过应用所需的1m西门子每厘米，在目前报道的各种固态电解质中排名第一。同时，其良好的可变形性使材料在300兆帕的压力下达到94.2%致密，能很好地满足应用需求，优于硫化物和氯化物固态电解质(同等压力下不到90%致密)。

图片来源:中国科技大学官网:

实验表明，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池性能极佳：在12分钟快速充电的情况下，电池仍在室温下稳定循环2000多圈。

据研究人员介绍，氧氯化锆锂能够以最低的成本实现与最先进的硫化物和氯化物固态电解质相似的性能，对全固态锂电池的产业化具有重要意义。