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全固态电池商业化障碍移除?中国科大实现锆基氧氯化物与锂金属“和平共处”

全固态电池商业化障碍移除?中国科大实现锆基氧氯化物与锂金属“和平共处”

锆基氧氯化物固态电解质能同时展示较为优异的综合性能和具有商业化潜力的低成本,因此在近年吸引了诸多研究者的关注。但是,该材料和金属锂等高比能负极的相容性较差,会持续的被还原,直至两者之一耗尽。因此,由锆基氧氯化物固态电解质组成的全固态电池,仍然需要包含一层昂贵的硫化物固态电解质,以将其与金属锂等高比能负极隔开。这不仅使电池成本依旧居高不下,还因为双层固态电解质的存在而牺牲了电池的能量密度。

近日,中国科学技术大学马骋教授团队提出了一种“非金属阳离子掺杂”策略,通过在锆基氧氯化物固态电解质中引入S⁶⁺,使原本与锂不兼容的材料实现了稳定的界面。该策略的核心在于,利用S⁶⁺被还原后生成的电子绝缘体Li₂S在界面中占据主导地位,将电子导体Zr₃O孤立分散,使其体积占比过低、无法形成电子渗透通路,从而阻断电子向电解质内部的持续输运。

基于这一策略设计的0.8Li₂SO₄-ZrCl₄(LSOZC)固态电解质,在维持了锆基氧氯化物固态电解质固有成本优势的前提下,实现了对金属锂等高比能负极的稳定性;Li-LiNi0.92Co0.06Mn0.02O2和Li₁₃Si₄-LiNi0.92Co0.06Mn0.02O2电池在容量保持率80%以上分别循环了170和1312次。本研究工作补齐了锆基氧氯化物固态电解质负极兼容性差的短板,使全固态电池可以不再使用硫化物等过于昂贵、难以商业化的固态电解质,从而为全固态电池的实际应用移除了重大障碍。



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