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7月17日消息，日前從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授開(kāi)發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。研究人員介紹，氧氯化鋯鋰能以目前最低的成本實(shí)現(xiàn)和當(dāng)下最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能，對(duì)全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。

馬騁曾介紹，固態(tài)鋰電池中的固態(tài)電解質(zhì)，可以杜絕液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的“易燃易爆”與漏液等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)安全儲(chǔ)能。固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)鋰電池最核心的部件，但其生產(chǎn)成本和綜合性能往往不可兼得，難以滿(mǎn)足商業(yè)化需求。

“雖然固態(tài)鋰電池具有更高安全性，但其核心部件——固態(tài)電解質(zhì)的原材料成本大多非常高，并且相當(dāng)一部分性能很好的固態(tài)電解質(zhì)對(duì)濕度的穩(wěn)定性不佳，需要在露點(diǎn)不超過(guò)零下40攝氏度的環(huán)境下制備和儲(chǔ)存，極大增加了生產(chǎn)成本。”馬騁坦言，這為全固態(tài)電池的商業(yè)化帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。

超強(qiáng)全固態(tài)鋰電池電解質(zhì)問(wèn)世

為了滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求，全固態(tài)鋰電池的固態(tài)電解質(zhì)至少需要同時(shí)具備三個(gè)條件：高離子電導(dǎo)率——室溫下超過(guò)1毫西門(mén)子每厘米，良好的可變形性——250至350兆帕下實(shí)現(xiàn)90%以上致密，以及足夠低廉的成本——低于50美元每公斤。但是，目前被廣泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)都無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足這些條件。

此次研究中，馬騁不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一種，而是轉(zhuǎn)向氧氯化物，設(shè)計(jì)并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰。這種材料具有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)。如果以水合氫氧化鋰、氯化鋰、氯化鋯進(jìn)行合成，它的原材料成本僅為11.6美元每公斤，很好地滿(mǎn)足了上述50美元每公斤的要求。而如果以水合氧氯化鋯、氯化鋰、氯化鋯進(jìn)行合成，氧氯化鋯鋰的成本可以進(jìn)一步降低到約7美元每公斤，遠(yuǎn)低于目前最具成本優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電解質(zhì)氯化鋯鋰（10.78美元每公斤），并且不到硫化物和稀土基、銦基氯化物固態(tài)電解質(zhì)的4%。

在具備極強(qiáng)成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。它的室溫離子電導(dǎo)率高達(dá)2.42毫西門(mén)子每厘米，超過(guò)了應(yīng)用所需要的1毫西門(mén)子每厘米，并且在目前報(bào)道的各類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)中位居前列。與此同時(shí)，它良好的可變形性使材料在300兆帕壓力下能達(dá)到94.2%致密，可以很好地滿(mǎn)足應(yīng)用需求，也優(yōu)于以易變形性著稱(chēng)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)證明，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池展示了極為優(yōu)異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

目前，中國(guó)也有多家電池企業(yè)、整車(chē)企業(yè)以及科研院所等，紛紛布局固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈上下游。但基于全固態(tài)電池的技術(shù)難度和高成本，中國(guó)企業(yè)大部分采取從半固態(tài)再到固態(tài)的漸進(jìn)式研發(fā)路線(xiàn)，目前公布進(jìn)展多集中在半固態(tài)電池上。

日本全固態(tài)電池獲得新突破

在固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化道路上，日企較為激進(jìn)。

今年6月初，豐田宣布固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃，最早到2027年，豐田就將向市場(chǎng)投放搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)，充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。

日產(chǎn)計(jì)劃在2028年推出首款搭載固態(tài)電池的量產(chǎn)車(chē)型；本田規(guī)劃在2024年啟用固態(tài)電池的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線(xiàn)，所生產(chǎn)的電池將用于2020年代后半期推出的車(chē)型，該生產(chǎn)線(xiàn)的投資將達(dá)到430億日元（約合21億元人民幣）。

近日，日本東京工業(yè)大學(xué)特聘教授菅野了次等人組成的研究團(tuán)隊(duì)，成功提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。該研究通過(guò)新開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)材料、重新研究制造工藝等方式得以實(shí)現(xiàn)。

日本東京工業(yè)大的上述研究，利用高熵材料設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種高離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)，通過(guò)增加已知鋰快離子導(dǎo)體的成分復(fù)雜性，使得鋰離子電導(dǎo)率約為傳統(tǒng)材料的2.3-3.8倍，從而能縮短電池充電時(shí)間。這意味著，影響電池充電性能的指標(biāo)較當(dāng)前傳統(tǒng)電池相比最多可提高3.8倍，為目前全球最高水平。

此外，研究團(tuán)隊(duì)改良了制造工藝，負(fù)極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨，使得正極容量按單位電極面積計(jì)算較當(dāng)前提高1.8倍。試制的全固態(tài)電池每平方厘米電極的電池容量超過(guò)20毫安，這也是全球目前公布的最高水平。 

原標(biāo)題：我國(guó)開(kāi)發(fā)，超強(qiáng)全固態(tài)鋰電池電解質(zhì)問(wèn)世！充電12分鐘，可穩(wěn)定循環(huán)超2000圈