蓋博理工學院通過半固態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定的電極分離器。雖然固體電解質現在已經顯示出改善鋰離子電池安全性的潛力，但它們的電極/電解質往往處理不當，離子電導率有限，導致固體鋰離子電池性能較差。

JackieY,NBL研究團隊的負責人。應教授說:液態和固態的準固態電解質的混合物現在已經成為一種有用的折衷方法，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。我們的解決方法消除了電解液的泄漏，而且溫度和機械穩定性都很好。

NBL的研究團隊計劃了一種混合準固態電解質，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異的化學和電化學穩定性而被選中。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的半固態電解質在寬電壓范圍內也很穩定，可以用于不同的鋰離子電池電極材料，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、充放電速度快等優點。實驗中，在1.5mg/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℃~340mAh/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，我們的系統在極區溫度下表現出良好的穩定性。這些結果說明了我們的芯片結構作為其他半固態鋰離子電池框架的巨大潛力。

目前，NBL團隊正在開發新的鋰離子、鋰硫和鋰固體電池用于商業化。