中國粉體網(wǎng)訊 中國科學(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)勢的同時，實現(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 Li7P3S7.5O3.5 with Low Density and Excellent Anode Compatibility”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Angewandte Chemie International Edition上。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)成本居高不下的根源，在于它們的合成需要使用大量昂貴的硫化鋰（不低于650美元每公斤）。在多年的探索中，研究者曾嘗試了各種降低硫化鋰成本的方法，但發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)這一目標(biāo)極為困難。而在此次的研究中，馬騁教授采取了完全不同的策略：他不再致力于降低硫化鋰的成本，而是開發(fā)了一種不以硫化鋰作為原料的硫化物固態(tài)電解質(zhì)——氧硫化磷鋰。這種固態(tài)電解質(zhì)可以水合氫氧化鋰和硫化磷作為原材料合成。由于這兩種物質(zhì)均成本低廉，氧硫化磷鋰的原材料成本僅14.42美元每公斤，不到其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)的8%，也遠(yuǎn)低于50美元每公斤這一商業(yè)化的要求，具有很強(qiáng)的成本競爭力。
馬騁教授表示：“我們的工作表明硫化物固態(tài)電解質(zhì)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(xiàn)進(jìn)一步提升，我們也在為此繼續(xù)努力。”
氧硫化磷鋰固態(tài)電解質(zhì)的特點
1.低成本
氧硫化磷鋰和其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)的原材料成本比較
馬騁教授采用了成本低廉的水合氫氧化鋰和硫化磷作為原材料合成氧硫化磷鋰，原材料成本僅為14.42美元每公斤，不到其他硫化物固態(tài)電解質(zhì)原材料成本的8%。
2.性能優(yōu)勢
氧硫化磷鋰固態(tài)電解質(zhì)保留了硫化物固態(tài)電解質(zhì)的獨特優(yōu)勢，它同時具備極低的密度和良好的負(fù)極相容性。
氧硫化磷鋰的密度僅1.7克每立方厘米，和其它硫化物固態(tài)電解質(zhì)相近，并且低于鹵化物（約2.5克每立方厘米）和氧化物固態(tài)電解質(zhì)（大都高于5克每立方厘米）。
氧硫化磷鋰和鋰金屬、硅這兩種高能量密度負(fù)極都展示了良好的相容性。它和鋰金屬組成的對稱電池能實現(xiàn)4200小時以上的室溫穩(wěn)定循環(huán)，而它和硅負(fù)極、高鎳三元正極組成的全固態(tài)軟包電池，在60攝氏度下循環(huán)200次后，仍具有89.29%的容量保持率。
去除材料成本問題硫化物固態(tài)電解質(zhì)仍需解決的問題主要有哪些？
1.空氣穩(wěn)定性
硫化物電解質(zhì)在空氣中具有不穩(wěn)定性。由于硫化物遇空氣會迅速水解生成毒性氣體，因此電解質(zhì)合成需要在充滿惰性氣體（如：氬氣）的無水無氧環(huán)境中生產(chǎn)，但對于現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備來說，一般不可能考慮無水無氧的惰性氣體環(huán)境，所以造成研發(fā)、制造、運輸及儲存成本高昂。
并且，如果生產(chǎn)過程中遇到設(shè)備破損問題，將會產(chǎn)生硫化氫等有毒氣體，所以一些回收和處理措施需要提前準(zhǔn)備，不能造成風(fēng)險問題。
2.電化學(xué)窗口較窄
硫化物電解質(zhì)的電化學(xué)窗口較窄，與正負(fù)極的界面穩(wěn)定性較差，與業(yè)內(nèi)對固態(tài)電池打破液態(tài)電池能量密度天花板的期待有所背離。而此次馬騁教授研發(fā)的氧硫化磷鋰固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出了良好的負(fù)極相容性，這為解決硫化物固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)窗口較窄的問題提供了一種解題思路。
國內(nèi)主要硫化物固態(tài)電解質(zhì)企業(yè)
1.中科固能
項目簽約：中科固能在溧陽簽約了硫化物全固態(tài)電解質(zhì)生產(chǎn)基地項目，投資總額60億元。其中，一期總投資10億元，進(jìn)行全固態(tài)硫化物電解質(zhì)材料大批量生產(chǎn)，預(yù)計2025-2026年具備滿產(chǎn)能力。
背景實力：中科固能由中科院物理所聯(lián)合溧陽市政府于2022年創(chuàng)辦，是中科院物理所硫系全固態(tài)電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的唯一平臺。
2.寧德時代
研發(fā)進(jìn)展：寧德時代作為鋰電池龍頭企業(yè)，已選擇硫化物路線作為全固態(tài)電池的研發(fā)方向，并成功構(gòu)建起10Ah級全固態(tài)電池驗證平臺。關(guān)于固態(tài)電池的研發(fā)，寧德時代主要是從硫化物固態(tài)電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性問題入手。據(jù)寧德時代首席科學(xué)家吳凱介紹，針對硫化物空氣穩(wěn)定性低的問題，寧德時代采取的策略是對電解質(zhì)進(jìn)行疏水層包覆設(shè)計，包覆后電解質(zhì)可在-40℃露點環(huán)境保持穩(wěn)定。
目標(biāo)規(guī)劃：公司目標(biāo)是在2027年實現(xiàn)全固態(tài)電池的小批量生產(chǎn)。
3.國軒高科
技術(shù)路線：國軒高科在固態(tài)電池的開發(fā)中也采用了硫化物技術(shù)路線，并表示將“以硫化物全固態(tài)電池的開發(fā)為主，同時也布局鹵化物全固態(tài)電池的研究”。
研發(fā)成果：目前硫化物全固態(tài)電池已實現(xiàn)車規(guī)級電芯的制備，鹵化物方面也已實現(xiàn)樣品電池的制備。
4.恩捷股份
研發(fā)工作：恩捷股份主要從事硫化物固態(tài)電解質(zhì)等相關(guān)材料的研發(fā)工作，并于2023年實現(xiàn)了技術(shù)和量產(chǎn)上的突破。
產(chǎn)能建設(shè)：公司固態(tài)用高純硫化鋰產(chǎn)品已完成小試噸級年產(chǎn)能建設(shè)和運行，目前已處于送樣階段，正積極推進(jìn)產(chǎn)能建設(shè)。
5.屹鋰科技
技術(shù)來源：屹鋰科技的核心技術(shù)來源于上海交通大學(xué)，由智能汽車所所長張希教授領(lǐng)銜的研發(fā)團(tuán)隊融合多學(xué)科力量，匯聚了材料、電化學(xué)、電氣與機(jī)械等學(xué)科的人才。
技術(shù)突破：公司針對現(xiàn)有鋰電池的痛點問題，致力于高能電池關(guān)鍵材料的開發(fā)應(yīng)用，面向長續(xù)航、高安全需求，在全固態(tài)鋰電池材料和制備技術(shù)上取得突破。選取全新的硫化物作為電解質(zhì)，通過負(fù)極金屬鋰的改性工程，提高負(fù)極穩(wěn)定性及其與電解質(zhì)親和性，并通過界面工程，提高了電解質(zhì)與正負(fù)極的兼容性，解決了傳統(tǒng)鋰電池的安全問題。
研發(fā)成果：公司已成功研發(fā)并制備出2Ah及5Ah的全固態(tài)電池軟包電芯，實現(xiàn)能量密度達(dá)到410Wh/kg，充放電循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，固態(tài)電池核心材料硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率達(dá)到17ms/cm。
6.瑞逍科技及其控股企業(yè)瑞固新材
項目情況：瑞逍科技宣布其旗下全固態(tài)電解質(zhì)一期量產(chǎn)項目開工，這是國內(nèi)首個量產(chǎn)固態(tài)電解質(zhì)的企業(yè)。該項目由瑞固新材總投資13億元，分兩期進(jìn)行建設(shè)，一期項目預(yù)計明年二季度投產(chǎn)，產(chǎn)值2億元。
技術(shù)路線：專注于硫化物系固體電解質(zhì)的研發(fā)與生產(chǎn)，與國內(nèi)外多家下游企業(yè)開展動力及儲能電池的研發(fā)定制業(yè)務(wù)。
7.馬車動力
技術(shù)路線：馬車動力是一家專注硫化物全固態(tài)電池及其核心材料研發(fā)與制造的公司，以高安全、高能量密度固態(tài)電池為突破口，攜手產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴，推動固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化加速落地。
產(chǎn)線建設(shè)：馬車動力于2023年底啟動了硫化物固態(tài)電解質(zhì)中試線建設(shè)，并預(yù)計在2024年初正式投入使用，實現(xiàn)超10噸級年生產(chǎn)能力，標(biāo)志著馬車動力在全國范圍內(nèi)率先開啟全固態(tài)電池硫化物電解質(zhì)材料的規(guī)模化生產(chǎn)。并且，馬車動力已形成一套低成本高效率的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝流程，并開發(fā)出了多種規(guī)格產(chǎn)品，具備低成本、高性能、一致性高等優(yōu)勢。
參考來源：
中國科大成功開發(fā)低成本硫化物固態(tài)電解質(zhì).中國科技大學(xué)
固體硫化物電解質(zhì)：全固態(tài)鋰電池核心材料的研究進(jìn)展與未來展望.wade筆耕
各企業(yè)官網(wǎng)、官微等
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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