半固态电解质能提升锂硫电池的安全性

盖博理工学院通过半固态电解质来提高锂硫电池的安全性

最近，新加坡科学技术研究所纳米实验室(NBL)的研究人员计划为锂硫电池研制一种半固态电解质，这种电解质可以在不影响电池性能的前提下提高电池的安全性。锂硫电池将更接近于成为各种电子和能量存储应用的高效电源。

长期以来，安全问题一直阻碍着锂离子电池的工业应用。锂离子电池会泄漏高度易燃的有机电解质液体，依赖于热的和机械上不稳定的电极分离器。虽然固体电解质现在已经显示出改善锂离子电池安全性的潜力，但它们的电极/电解质往往处理不当，离子电导率有限，导致固体锂离子电池性能较差。

JackieY,NBL研究团队的负责人。应教授说:液态和固态的准固态电解质的混合物现在已经成为一种有用的折衷方法，既能实现更安全的电池，又能保持出色的功能。然而，固体元件的高电阻迄今为止限制了这种电池的功能。为了解决这一问题，我们对固体成分的微观结构进行了重新编程。我们的解决方法消除了电解液的泄漏，而且温度和机械稳定性都很好。

NBL的研究团队计划了一种混合准固态电解质，由液体注入多孔膜组成，多孔膜由Li7La3Zr2O12(LLZO)薄片制成。该团队还开发了一种制造LLZO晶圆的新方法，这种晶圆被用来构建电解质的框架。他们称这种方法为制作3d电影结构的杯形蛋糕法。

LLZO因其高离子导电性和优异的化学和电化学稳定性而被选中。电解质的非刚性结构使其与电极保持良好的接触，并防止其在操作和电池组装过程中开裂。这使得电池更安全，更实用。NBL的半固态电解质在宽电压范围内也很稳定，可以用于不同的锂离子电池电极材料，包括高压阴极。

采用NBL新型电解质制备的锂硫电池具有容量大、充放电速度快等优点。实验中，在1.5mg/cm2的负载密度下，新型电解质获得了明显的速率容量(分别为1℃~515和2C℃~340mAh/g)。这是锂-硫混合准固体电池能够实现的最高功能之一。

应教授说:我们发现的3d结构对电池的最佳性能至关重要。此外，我们的系统在极区温度下表现出良好的稳定性。这些结果说明了我们的芯片结构作为其他半固态锂离子电池框架的巨大潜力。

目前，NBL团队正在开发新的锂离子、锂硫和锂固体电池用于商业化。