半固態(tài)電解質能提升鋰硫電池的安全性
來源：寶鄂實業(yè)
2020-04-01 15:13
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蓋博理工學院通過半固態(tài)電解質來提高鋰硫電池的安全性
最近，新加坡科學技術研究所納米實驗室(NBL)的研究人員計劃為鋰硫電池研制一種半固態(tài)電解質，這種電解質可以在不影響電池性能的前提下提高電池的安全性。鋰硫電池將更接近于成為各種電子和能量存儲應用的高效電源。
長期以來，安全問題一直阻礙著鋰離子電池的工業(yè)應用。鋰離子電池會泄漏高度易燃的有機電解質液體，依賴于熱的和機械上不穩(wěn)定的電極分離器。雖然固體電解質現在已經顯示出改善鋰電池安全性的潛力，但它們的電極/電解質往往處理不當，離子電導率有限，導致固體鋰電池性能較差。
Jackie Y, NBL研究團隊的負責人。應教授說:“液態(tài)和固態(tài)的準固態(tài)電解質的混合物現在已經成為一種有用的折衷方案，既能實現更安全的電池，又能保持出色的功能。”然而，固體元件的高電阻迄今為止限制了這種電池的功能。為了解決這一問題，我們對固體成分的微觀結構進行了重新編程。我們的解決方案消除了電解液的泄漏，而且溫度和機械穩(wěn)定性都很好。”
NBL的研究團隊計劃了一種混合準固態(tài)電解質，由液體注入多孔膜組成，多孔膜由Li7La3Zr2O12 (LLZO)薄片制成。該團隊還開發(fā)了一種制造LLZO晶圓的新方法，這種晶圓被用來構建電解質的框架。他們稱這種方法為制作3d電影結構的“杯形蛋糕法”。
LLZO因其高離子導電性和優(yōu)異的化學和電化學穩(wěn)定性而被選中。電解質的非剛性結構使其與電極保持良好的接觸，并防止其在操作和電池組裝過程中開裂。這使得電池更安全，更實用。NBL的半固態(tài)電解質在寬電壓范圍內也很穩(wěn)定，可以用于不同的鋰電池電極材料，包括高壓陰極。
采用NBL新型電解質制備的鋰硫電池具有容量大、充放電速度快等優(yōu)點。實驗中，在1.5 mg/cm2的負載密度下，新型電解質獲得了明顯的速率容量(分別為1℃~ 515和2C℃~ 340 mAh/g)。這是鋰-硫混合準固體電池能夠實現的最高功能之一。
應教授說:“我們發(fā)現的3d結構對電池的最佳性能至關重要。此外，我們的系統在極區(qū)溫度下表現出良好的穩(wěn)定性。這些結果說明了我們的芯片結構作為其他半固態(tài)鋰電池框架的巨大潛力。
目前，NBL團隊正在開發(fā)新的鋰離子、鋰硫和鋰固體電池用于商業(yè)化。
