Nat Commun：一种用于锂电池的高性价比、耐湿的氯化物固体电解质

Nanoyu

2021-07-20

锂离子导电氯化物固体电解质因其高离子电导率、易变形和氧化稳定性等物理化学特性而备受关注。然而，由于昂贵的原材料，这类无机快离子导体尚无法大规模使用。

近日，中科大马骋教授报道了开发了一种具有高性价比和高性能的氯化物固体电解质，Li₂ZrCl₆。其原材料比其他氯化物固体电解质便宜一个数量级，这使得Li₂ZrCl₆成为目前唯一原材料成本（$ 1.38/m²）低于$10/m²（确保全固态电池竞争力的门槛）的氯化物固体电解质。同时，仍保持了出色的电化学性能。

文章要点

1）由行星式球磨直接制备的Li₂ZrCl₆材料具有P3(—)m1对称性，在277~350 °C之间经历了向C2/m结构的相变。根据BVSE分析，这两种晶体结构似乎都不利于锂离子的输运，但由于强球磨引入的非周期性，球磨后的Li²ZrCl⁶具有0.81 mS cm⁻¹的理想室温离子电导率。此外，该材料易变形，可兼容4 V级正极材料。

2）实验结果显示，在没有任何硫化物固体电解质通常需要的额外正极涂层的情况下，Li₂ZrCl₆与4 V级正极颗粒（LiCoO₂和scNMC811）直接接触的全固态电池的初始库仑效率分别为97.9%和90.3%。除了氯化物固体电解质的这些共同优点外，Li₂ZrCl₆还表现出耐湿性，在相对湿度为5%时具有真正的耐湿性，而不是在湿度暴露后可很好地恢复，但仍然对湿度敏感（如Li₃InCl₆）。

参考文献

Wang, K., Ren, Q., Gu, Z. et al. A cost-effective and humidity-tolerant chloride solid electrolyte for lithium batteries. Nat Commun 12, 4410 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-24697-2

https://doi.org/10.1038/s41467-021-24697-2