固态电池新突破：硫化物固态电解质成本直降九成

科技日报记者 吴长锋

记者3日从中国科学技术大学了解到，该校马骋教授开发了一种用于全固态电池的新型硫化物固态电解质，在展示硫化物固态电解质固有优势的同时，具有其他硫化物固态电解质无法达到的、适合商业化的低廉成本。这项成果6月30日发表在国际学术期刊《德国应用化学》上。

全固态电池有望克服锂离子电池难以兼顾续航和安全性的瓶颈，从而突破目前电池技术的玻璃天花板。固态电解质是成功构筑全固态电池的关键。在氧化物、硫化物、卤化物这三类固态电解质中，性能优异的硫化物被普遍认为最有希望实现全固态电池的实际应用；日本丰田、韩国三星等企业，都在过去的十几年内对此类材料进行了大量的研发投入。但是，硫化物固态电解质的成本普遍超过195美元每公斤，远高于实现商业化所需要的50美元每公斤。

“这一问题的根源，在于硫化物固态电解质的合成需要使用大量昂贵的硫化锂（不低于650美元每公斤）。各国的研究者曾试图通过多种方法降低硫化锂的成本，但长期的探索表明实现这一目标相当困难。” 马骋教授表示。

针对上述问题，马骋教授的研究思路不再致力于降低硫化锂的成本，而是开发了一种不以硫化锂作为原料的硫化物固态电解质——氧硫化磷锂。这种固态电解质以成本低廉的水合氢氧化锂和硫化磷作为原材料合成，因此其原材料成本仅14.42美元每公斤，不到其他硫化物固态电解质原材料成本的8%，也远低于50美元每公斤这一商业化的要求，故此具有很强的成本竞争力。

同时，这种氧硫化磷锂材料也保留了硫化物固态电解质的独特优势：它兼具极低的密度，从而有利于降低电池重量；氧硫化磷锂还具备良好的负极相容性，从而能适配金属锂、硅等高能量密度负极，而这在氧化物和卤化物固态电解质中都无法同时实现。因为氧硫化磷锂的密度仅1.7克每立方厘米，低于卤化物的约2.5克每立方厘米和氧化物固态电解质大都高于5克每立方厘米的密度。同时，氧硫化磷锂与锂金属、硅都能良好相容；它和锂金属组成的对称电池能实现4200小时以上的室温稳定循环，而它和硅负极、高镍三元正极组成的全固态软包电池，在60度下循环200次后，仍具有89.29%的容量保持率。

“我们的工作表明，硫化物固态电解质的成本问题并非无解。氧硫化磷锂作为一种新材料，在性能上仍有望实现进一步提升，我们也在为此继续努力。” 马骋说。

该论文审稿人认为，氧硫化磷锂“同时具备低密度，良好的负极相容性，以及强劲的成本竞争力”，并且认为由氧硫化磷锂组成的全固态电池具有“出色的循环性能”。它的发现对全固态电池的商业化具有重要意义。

（中国科大供图）