记者从中国科学技术大学获悉,该校马骋教授团队在全固态锂电池研究领域取得重要突破。
相关研究成果日前已在国际知名学术期刊《自然-通讯》发表,为解决制约全固态电池产业化的核心瓶颈提供了创新方案。
当前,液态锂离子电池在高安全性与高能量密度之间难以实现平衡,全固态锂电池被视为打破这一技术瓶颈的关键路径。
然而,由于固态电解质与电极材料均为固体形态,两者之间需要在数十甚至上百兆帕的外部压力下才能保持有效的界面接触。
这种苛刻的压力条件在实际应用场景中难以满足,成为阻碍全固态电池走出实验室、进入产业化阶段的主要障碍。
这一技术难题的破解关键在于寻找一种特殊材料:既要在低压力环境下具有良好的可变形性,能够随电极材料体积变化保持紧密接触,又要兼具高离子电导率、低成本以及适配规模化生产等商业化必备特征。
多重技术要求的叠加,使问题求解难度倍增。
马骋团队研发的锂锆铝氯氧固态电解质,在力学性能上展现出显著优势。
与硫化物固态电解质等主流无机材料相比,该新型材料的杨氏模量不足其四分之一,硬度更是仅为其十分之一,可变形性能大幅提升。
更为重要的是,锂锆铝氯氧保持了无机粉末的基本形态,能够较好适配规模化卷对卷生产工艺。
在辊压等高压力制造环节,其不会像凝胶类材料那样因过度延展而被挤出,确保了生产过程的稳定性。
在性能验证方面,研究团队采用经济节能的干法工艺,成功制备出使用超高镍三元正极和金属锂负极的小型软包全固态电池器件。
实验数据显示,该电池在5兆帕压力条件下实现了数百次稳定循环,将全固态电池稳定运行所需的外部压力降低了一个数量级,达到实际应用可能实现的压力范围。
这一突破使全固态电池从实验室走向实际应用成为可能。
除优异的力学特性外,锂锆铝氯氧还具备高离子电导率,为电池性能提供了有力支撑。
在成本控制方面,该材料以价格低廉的四氯化锆为核心原料,彻底摆脱了对高纯硫化锂等昂贵材料的依赖。
据测算,其制造成本不到主流硫化物固态电解质的百分之五,成本优势明显,具备良好的市场竞争力和商业化前景。
国际同行对这一研究成果给予高度评价。
审稿专家认为,该发现将对全固态电池技术发展作出重要贡献,所报道的技术路径有望将实验室研究延伸至大规模应用领域,为推动全固态电池产业化进程提供了重要技术支撑。
全固态电池的竞争，不仅是单一性能指标的比拼，更是“能否做出来、做得一致、做得便宜、用得可靠”的综合较量。
围绕低压力稳定循环与规模化工艺适配的探索，体现了从科学问题走向工程问题的思路转变。
随着关键材料体系与制造路径不断清晰，下一代电池技术从概念走向现实的脚步有望进一步加快。