1月13日消息，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，有望推動(dòng)這一高安全性、高能量密度儲(chǔ)能技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。

該研究由馬騁教授領(lǐng)導(dǎo)，相關(guān)成果已于 1 月 8 日發(fā)表在《自然 · 通訊》上。

全固態(tài)鋰電池被視為下一代電池技術(shù)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，其核心優(yōu)勢(shì)在于有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的安全性和能量密度。然而，其產(chǎn)業(yè)化面臨一個(gè)關(guān)鍵障礙：固態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電極之間的接觸問題。現(xiàn)有技術(shù)通常需要施加幾十至上百兆帕（MPa）的極高外部壓力，才能維持兩者在電池循環(huán)過程中的良好接觸，這一要求在實(shí)際應(yīng)用中（如電動(dòng)汽車或消費(fèi)電子產(chǎn)品中）難以滿足。

針對(duì)這一難題，馬騁教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為鋰鋯鋁氯氧（1.4Li?O-0.75ZrCl?-0.25AlCl?）的新型固態(tài)電解質(zhì)材料。該材料的核心優(yōu)勢(shì)在于其獨(dú)特的力學(xué)性能和綜合實(shí)用性。

▲ 由鋰鋯鋁氯氧組成的軟包全固態(tài)電池的循環(huán)性能

在力學(xué)性能方面，研究數(shù)據(jù)顯示，與目前主流路線（如硫化物固態(tài)電解質(zhì)）相比，鋰鋯鋁氯氧的楊氏模量（衡量材料剛度的指標(biāo)）不到前者的 25%，硬度不到前者的 10%。這意味著它在較低的壓力下就能發(fā)生顯著變形，從而更有效地與電極材料形成并維持緊密接觸。

同時(shí)，其粉末狀形態(tài)確保了它在具備優(yōu)異變形能力的同時(shí)，不會(huì)像凝膠材料那樣過度流動(dòng)，使其能夠兼容規(guī)?；a(chǎn)所需的輥壓等標(biāo)準(zhǔn)工藝。

在電化學(xué)性能上，該電解質(zhì)達(dá)到了超過 2 毫西門子每厘米（mS / cm）的離子電導(dǎo)率。這一數(shù)值顯著高于通常認(rèn)為滿足實(shí)際應(yīng)用所需的最低門檻（約 1 mS / cm）。

綜合這些特性，采用鋰鋯鋁氯氧電解質(zhì)的全固態(tài)電池，其循環(huán)所需的外部壓力得以從原先難以實(shí)現(xiàn)的幾十或上百兆帕大幅降低至 5 兆帕。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，在 5 兆帕壓力下，使用該電解質(zhì)與高能量密度的超高鎳三元正極（鎳含量達(dá) 92%）組裝的全固態(tài)電池，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)百次的穩(wěn)定充放電循環(huán)。

在成本方面，研究指出該材料不含地殼豐度低的昂貴元素，其原材料成本估算僅為當(dāng)前主流硫化物固態(tài)電解質(zhì)的 5% 以下，展現(xiàn)出顯著的成本優(yōu)勢(shì)，為其未來商業(yè)化應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。

該研究成果獲得了同行的高度評(píng)價(jià)。審稿人認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)“會(huì)對(duì)全固態(tài)電池做出重要貢獻(xiàn)”，所報(bào)道的方法有望“把實(shí)驗(yàn)室研究延伸到大規(guī)模應(yīng)用”。