中國科學技術大學教授馬騁開發(fā)出一種用于全固態(tài)電池的新型硫化物固態(tài)電解質。該材料在具有硫化物固態(tài)電解質固有優(yōu)勢的同時，相較其他硫化物固態(tài)電解質，成本更加低廉、更適合商業(yè)化。相關研究成果近日發(fā)表于《德國應用化學》。

全固態(tài)電池有望突破鋰離子電池難以兼顧續(xù)航和安全性的瓶頸，從而打破目前電池技術的“天花板”。固態(tài)電解質是成功構筑全固態(tài)電池的關鍵。科學家認為，在氧化物、硫化物、鹵化物這3類固態(tài)電解質中，性能優(yōu)異的硫化物最有希望實現全固態(tài)電池的實際應用。但是，硫化物固態(tài)電解質的成本普遍超過每公斤195美元，遠高于實現商業(yè)化所需要的每公斤50美元。

這一問題的根源在于硫化物固態(tài)電解質的合成需要使用大量昂貴的硫化鋰，其價格不低于每公斤650美元。研究人員曾試圖通過多種方法降低硫化鋰成本，但長期探索表明實現這一目標相當困難。

為此，馬騁不再致力于降低硫化鋰成本，而是開發(fā)了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態(tài)電解質——氧硫化磷鋰。這種固態(tài)電解質以成本低廉的水合氫氧化鋰和硫化磷為原材料合成，其成本僅為每公斤14.42美元，不到其他硫化物固態(tài)電解質原材料成本的8%，遠低于每公斤50美元這一商業(yè)化要求，具有很強的成本競爭力。

同時，氧硫化磷鋰保留了硫化物固態(tài)電解質的獨特優(yōu)勢，兼具極低的密度和良好的負極相容性，而這在氧化物和鹵化物固態(tài)電解質中無法同時實現。氧硫化磷鋰的密度僅1.7克每立方厘米，低于鹵化物和氧化物固態(tài)電解質。此外，氧硫化磷鋰與鋰金屬和硅都能良好相容；它和鋰金屬組成的對稱電池能在室溫下穩(wěn)定循環(huán)超4200小時，而它和硅負極、高鎳三元正極組成的全固態(tài)軟包電池，在60度下循環(huán)200次后，仍具有89.29%的容量保持率。

馬騁說：“我們的工作表明硫化物固態(tài)電解質的成本問題并非無解。氧硫化磷鋰作為一種新材料，在性能上有望進一步提升，我們也在為此繼續(xù)努力。”

審稿人認為由氧硫化磷鋰組成的全固態(tài)電池具有“出色的循環(huán)性能”，其發(fā)現對全固態(tài)電池商業(yè)化具有重要意義。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202407892