7月2日，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校馬騁教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》發(fā)表研究成果，破解了低成本鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負(fù)極不相容的難題，從而使全固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)的成本降低到22.73美元每度電，不到傳統(tǒng)硫化物路線的十二分之一。

全固態(tài)電池被視為下一代動(dòng)力電池的核心方向。目前備受關(guān)注的硫化物路線雖然性能極為突出，卻面臨三重現(xiàn)實(shí)制約：成本遠(yuǎn)高于市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻、固態(tài)電解質(zhì)易燃，且核心專(zhuān)利早已被海外企業(yè)布局。相比之下，馬騁團(tuán)隊(duì)近年開(kāi)發(fā)的鋯基氧氯化物不依賴(lài)昂貴原材料、不含低地殼豐度元素、材料不可燃，被業(yè)界認(rèn)為具備極大的低成本應(yīng)用潛力;而且，該路線核心專(zhuān)利自主可控，風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于硫化物路線。

然而，這條低成本路線此前長(zhǎng)期卡在金屬鋰負(fù)極上。金屬鋰還原性極強(qiáng)，一旦與鋯基氧氯化物直接接觸，會(huì)還原其中的鋯離子，生成能傳導(dǎo)電子的鋯基金屬，導(dǎo)致界面反應(yīng)不斷向內(nèi)部推進(jìn)。業(yè)內(nèi)通行做法是在兩者之間增設(shè)一層硫化物作隔離——這意味著低成本路線走到負(fù)極一側(cè)，仍然繞不開(kāi)硫化物的身影。

馬騁團(tuán)隊(duì)提出的“非金屬陽(yáng)離子摻入策略”，在鋯基氧氯化物固態(tài)電解質(zhì)和金屬鋰的界面內(nèi)部重塑了一道阻斷電子的屏障。團(tuán)隊(duì)在鋯基氧氯化物中引入非金屬陽(yáng)離子，使其與金屬鋰反應(yīng)后的產(chǎn)物中，電子絕緣的非金屬化合物體積比大幅增加，從而將少量導(dǎo)電產(chǎn)物分隔為孤立顆粒，無(wú)法形成電子的連續(xù)傳輸通道，最終成功地抑制了進(jìn)一步的還原反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了這一路徑的有效性：采用該方案的固態(tài)電解質(zhì)，在鋰對(duì)稱(chēng)電池中穩(wěn)定循環(huán)達(dá)到5000小時(shí);搭配五礦新能提供的工業(yè)級(jí)9系高鎳三元正極和金屬鋰負(fù)極的全固態(tài)電池，在80%容量保持率下實(shí)現(xiàn)了170次穩(wěn)定循環(huán)，而換用鋰硅合金負(fù)極后，則實(shí)現(xiàn)了1312次穩(wěn)定循環(huán)。

更關(guān)鍵的是，由于徹底擺脫了對(duì)昂貴的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的依賴(lài)，鋯基氧氯化物全固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)的成本僅22.73美元每度電，而硫化物全固態(tài)電池中固態(tài)電解質(zhì)的成本則高達(dá)280.47美元每度電，兩者相差超過(guò)12倍。

從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，這條路線仍需面對(duì)放大制備、工藝適配和良率控制等工程驗(yàn)證。盡管鋯基氧氯化物全固態(tài)電池目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，但它在成本、安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)自主性上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)為后續(xù)的工程化攻堅(jiān)提供了明確的價(jià)值錨點(diǎn)，為全固態(tài)電池提供了一個(gè)性能不妥協(xié)、成本有優(yōu)勢(shì)、專(zhuān)利能自主的技術(shù)路線。