中國科大開發極具成本競爭力的硫化物固態電解質

中國科學技術大學教授馬騁開發了一種用于全固態電池的新型硫化物固態電解質。該材料在展示硫化物固態電解質固有優勢的同時，具有其它硫化物固態電解質無法達到的、適合商業化的低廉成本。6月30日，該成果發表于《德國應用化學》。

氧硫化磷鋰和其它硫化物固態電解質的原材料成本比較。中國科大供圖

全固態電池有望克服鋰離子電池難以兼顧續航和安全性的瓶頸，從而突破目前電池技術的玻璃天花板。固態電解質是成功構筑全固態電池的關鍵。在氧化物、硫化物、鹵化物這三類固態電解質中，性能優異的硫化物被普遍認為最有希望實現全固態電池的實際應用。但是，硫化物固態電解質的成本普遍超過每公斤195美元，遠高于實現商業化所需要的每公斤50美元。

這一問題的根源，在于硫化物固態電解質的合成需要使用大量昂貴的硫化鋰（不低于每公斤650美元）。各國的研究者曾試圖通過多種方法降低硫化鋰的成本，但長期的探索表明實現這一目標相當困難。

在此次研究中，馬騁則不再致力于降低硫化鋰的成本，而是開發了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態電解質——氧硫化磷鋰。這種固態電解質以成本低廉的水合氫氧化鋰和硫化磷作為原材料合成，因此其原材料成本僅每公斤14.42美元，不到其它硫化物固態電解質原材料成本的8%，也遠低于每公斤50美元這一商業化的要求，具有很強的成本競爭力。

同時，氧硫化磷鋰也保留了硫化物固態電解質的獨特優勢：它兼具極低的密度（從而有利于降低電池重量）和良好的負極相容性（從而能適配金屬鋰、硅等高能量密度負極），而這在氧化物和鹵化物固態電解質中都無法同時實現。氧硫化磷鋰的密度僅1.7克每立方厘米，低于鹵化物（約2.5克每立方厘米）和氧化物固態電解質（大都高于5克每立方厘米）。同時，氧硫化磷鋰與鋰金屬、硅都能良好相容；它和鋰金屬組成的對稱電池能實現4200小時以上的室溫穩定循環，而它和硅負極、高鎳三元正極組成的全固態軟包電池，在60度下循環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，在性能上仍有望實現進一步提升，我們也在為此繼續努力。”

審稿人認為氧硫化磷鋰“同時具備低密度，良好的負極相容性，以及強勁的成本競爭力”，并且認為由氧硫化磷鋰組成的全固態電池具有“出色的循環性能”。它的發現對全固態電池的商業化具有重要意義。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202407892