传统商用锂电池采用有机液体电解液 体积小 容量大

103010期刊发表了这一成果。

传统商用锂电池使用有机液体电解液，具有体积小、容量大、寿命长的优点。同时，热失控后的火灾爆炸问题成为重大安全隐患。而固态电池中的固体电解质可以消除液体电解质带来的“易燃易爆”和漏液问题，实现安全储能。

“虽然全固态锂电池具有较高的安全性，但其核心部件——固体电解质的原料成本大多非常高，相当一部分性能良好的固体电解质对湿度的稳定性较差，需要在露点极低的气氛中制备和储存，这从另一方面增加了生产成本。这给全固态电池的商业化带来了巨大的挑战。”马伟说。

为解决这一问题，马成课题组设计合成了一种新型氯化物固体电解质——锂锆氯化物(Li2ZrCl6)。这种材料成功地将50微米厚度下的原材料成本降至1.38美元/平方米，远低于10美元/平方米的门槛，保证了全固态电池的市场竞争力，而之前最便宜的氯化物固体电解质对应的成本为23.05美元/平方米，远超这一门槛。此外，锂锆氯化物在湿度高达5%时仍保持稳定，因此其合成和储存不需要苛刻的气氛，进一步降低了生产成本。

另外值得注意的是，生产成本的大幅降低并不是以牺牲性能为代价的。在离子导电性、变形性、与高压正极的兼容性等方面。锂锆氯化物继承了氯化物固体电解质相对于其他固体电解质的优点，由其组成的全固态电池循环性能甚至远超基于硫化物和氧化物固体电解质的同类电池。

锂锆氯化物无论是生产成本还是综合电化学性能都有明显的优势，这在固体电解质中是非常少见的。它的发现克服了全固态电池商业化大规模生产的主要挑战。“全固态锂电池的商业化将对实现‘二氧化碳排放峰值和碳中和’的目标具有重要意义，尤其是在新能源电动汽车领域。全固态锂电池可能是安全问题的最终解决方案。”马伟说。

对于未来的研究计划，马成表示，研究组将尝试用其他四价阳离子替代锆离子进行固体电解质合成，并继续提高离子电导率等指标，不断优化全固态锂电池的性能。