馬騁教授：鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)最新研究進(jìn)展

將鋰離子電池中易燃的有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)替換為不可燃的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)之后而構(gòu)筑的全固態(tài)電池，有望打破鋰離子電池安全性和能量密度不可兼得的瓶頸，但固態(tài)電解質(zhì)過高的成本嚴(yán)重阻礙了全固態(tài)電池的商業(yè)化。

2021年，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授開發(fā)了鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)，首次達(dá)到了適合商業(yè)化的原材料成本。經(jīng)過近年的研究，鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)在維持成本優(yōu)勢(shì)的前提下，其各方面的性能都獲得了較大提升，展現(xiàn)出越來越強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2021年7月20日，馬騁教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了一種新型氯化物固態(tài)電解質(zhì)—氯化鋯鋰（Li₂ZrCl₆）。這一材料成功將50微米厚度時(shí)的原材料成本降低至1.38美元/平方米，罕見的遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于10美元/平方米這一確保全固態(tài)電池市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的閾值，而此前最廉價(jià)的氯化物固態(tài)電解質(zhì)相對(duì)應(yīng)的成本為23.05美元/平方米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這一閾值。除此之外，氯化鋯鋰在濕度高達(dá)5%（對(duì)應(yīng)露點(diǎn)-15℃）時(shí)仍保持穩(wěn)定，因此其合成和儲(chǔ)存對(duì)氣氛的要求并不苛刻，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。該成果以“A cost-effective and humidity-tolerant chloride solidelectrolyte forlithium batteries”為題發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上。

2023年6月27日，馬騁教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰，它的綜合性能和目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，很適合產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該成果以“A cost-effective, ionically conductive and compressible oxychloride solid-state electrolyte for stable all-solid-state lithium-based batteries”為題發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上。

2024年6月30日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授開發(fā)了一種新型硫化物固態(tài)電解質(zhì)。這種固態(tài)電解質(zhì)在展示硫化物固態(tài)電解質(zhì)固有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)所無法達(dá)到的極其低廉、適合商業(yè)化的成本。該成果以“A Cost-Effective Sulfide Solid Electrolyte Li₇P₃S_7.5O_3.5 with Low Density and Excellent Anode Compatibility”為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Angewandte Chemie International Edition上。

2026年1月8日，馬騁教授團(tuán)隊(duì)針對(duì)全固態(tài)電池在循環(huán)時(shí)因?yàn)樾枰S持良好界面接觸而過于依賴外部壓力、難以實(shí)際應(yīng)用的問題提出了一種低成本的解決方案——一種新型氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)1.4Li₂O-0.75ZrCl₄-0.25AlCl₃（LZACO）。該成果以“Mechanically compliant and cost-effective 1.4Li₂O-0.75ZrCl₄-0.25AlCl₃ solid electrolyte for all-solid-state batteries with improved cycling stability”為題發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上。

中國(guó)粉體網(wǎng)將于2026年3月18日在安徽·合肥舉辦第二屆全固態(tài)電池技術(shù)交流大會(huì)。本次大會(huì)將繼續(xù)秉持產(chǎn)學(xué)研融合的宗旨，深度聚焦全固態(tài)電池的規(guī)模化量產(chǎn)路徑與干法電極的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。屆時(shí)，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授將作題為《兼具成本和性能優(yōu)勢(shì)的鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)》的報(bào)告。馬騁教授將介紹團(tuán)隊(duì)在鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域最新的研究進(jìn)展。

專家簡(jiǎn)介：馬騁，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授、博士生導(dǎo)師、中組部海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃入選者。馬騁教授于2006年在清華大學(xué)（北京）獲得學(xué)士學(xué)位，2012年在美國(guó)愛荷華州立大學(xué)獲得博士學(xué)位，2012-2013年和2013-2016年分別在愛荷華州立大學(xué)和美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究，2016年加入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，任教授、博士生導(dǎo)師。馬騁教授長(zhǎng)期聚焦全固態(tài)電池關(guān)鍵材料和器件的研究，是鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)現(xiàn)者；此類固態(tài)電解質(zhì)克服了全固態(tài)電池電解質(zhì)成本過高、難以商業(yè)化的瓶頸。馬騁教授近五年的主要成果以通訊作者發(fā)表在Nature Materials, Nature Chemistry, Nature Communications等國(guó)際高影響力期刊上；2024年，馬騁教授和梁文峰、王興興等一起被觀察者網(wǎng)選為全國(guó)29位年度科創(chuàng)人物之一。

信息來源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)官網(wǎng)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院、能源學(xué)人

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