日前，記者從寧波東方理工大學(xué)獲悉，該校講席教授、中國(guó)工程院外籍院士孫學(xué)良，該校物質(zhì)與能源研究院副院長(zhǎng)王長(zhǎng)虹團(tuán)隊(duì)聯(lián)合合作者，在鹵化物固態(tài)電解質(zhì)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，首次展示了一種低成本、高離子導(dǎo)2.55mS/cm、具有異步活性的氧鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《先進(jìn)材料》。
全固態(tài)電池因兼具高能量密度與本征安全性，被視為下一代可充電電池的重要方向。當(dāng)前全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵在于，開(kāi)發(fā)兼具高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口和低成本的固態(tài)電解質(zhì)。鹵化物電解質(zhì)因室溫離子電導(dǎo)率高、抗氧化性強(qiáng)備受關(guān)注，但依賴鉭、釓等稀貴金屬，成本高且在復(fù)合正極中電化學(xué)惰性較強(qiáng)。
為降低成本，研究轉(zhuǎn)向含鋯、鋁、鐵等豐富元素的鹵化物體系，雖材料成本可降至50美元/千克以下，但其電導(dǎo)率通常僅約1 mS/cm，且需在正極中大量添加，對(duì)于電池能量密度而言并不“友好”。近年提出的氧化還原活性鹵化物電解質(zhì)，雖兼具導(dǎo)鋰和儲(chǔ)能功能，但現(xiàn)有體系仍面臨有電導(dǎo)率不足或金屬昂貴的問(wèn)題。
如何讓固態(tài)電解質(zhì)既便宜，又好用，還能幫電池“多存點(diǎn)電”？這正是本項(xiàng)研究要解決的核心難題。
研究中，研究團(tuán)隊(duì)展示了一種具有高離子電導(dǎo)率(2.55 mS/cm)和163 mAh/g可逆容量的新型高效活性氧鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。
與六氯鋯酸鋰相比，LiZrFeOCl-1604氧化鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的材料成本降低了15.3%，離子電導(dǎo)率提高了5.8倍，活化能降低了12.1%。此外，在LiZrFeOCl-1604氧化鹵化物固態(tài)電解質(zhì)中嵌入鐵的氧化還原化學(xué)，可以獲得163 mAh/g的顯著可逆容量。
該研究發(fā)現(xiàn)，異步活性能夠提升復(fù)合正極能量密度與磷酸鐵鋰正極材料耦合的額外容量的異步鐵氧化還原活性。合成的活性氧化鹵化物SE在磷酸鐵鋰電壓范圍內(nèi)作為鋰離子導(dǎo)電體，同時(shí)在該電壓范圍外提供額外的可逆氧化還原容量。因此，該復(fù)合電極具有321.6mAh/g的高放電容量，982.1Wh/kg的能量密度（基于磷酸鐵鋰質(zhì)量），以及在1C充放電倍率下超過(guò)800次循環(huán)的出色循環(huán)穩(wěn)定性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電化學(xué)惰性六氯鋯酸鋰和其他活性鹵化物固態(tài)電解質(zhì)。
該研究還提出了一種新型活性鹵氧化物固態(tài)電解質(zhì)的合成思路。通過(guò)結(jié)合廉價(jià)的氧化鐵金屬氧化物前驅(qū)體與非化學(xué)計(jì)量合成路線，采用一步機(jī)械球磨法成功制備了非晶態(tài)氧鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，為先前報(bào)道的六氯鋯酸鋰非晶化方法提供了一種獨(dú)具成本效益的替代方案。
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