注入液體的多孔固態(tài)膜電解液可改善電池導(dǎo)電性和穩(wěn)定性

新加坡NBL實(shí)驗(yàn)室的研究人員設(shè)計(jì)了一種混合的固態(tài)電解質(zhì)，該電解質(zhì)具有一種液體注入的多孔膜，這種多孔膜比其他替代品具有更高的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。

研究人員稱，這種材料可以在保持鋰電池高性能的同時(shí)提高其防火安全性。尤其在韓國(guó)，鋰離子電池火災(zāi)已經(jīng)促使行業(yè)監(jiān)控電池化學(xué)成分和技術(shù)的安全應(yīng)用，固態(tài)或半固態(tài)設(shè)備已被作為一種潛在的解決消防安全問(wèn)題的方法進(jìn)行研究。當(dāng)傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的電解液與不穩(wěn)定的電極分離器相結(jié)合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池起火，特別是在大規(guī)模應(yīng)用中。然而，去除電解液又是十分困難的，因?yàn)樗奶匦允逛囯x子電池能夠在高能量密度下工作。

根據(jù)之前對(duì)固態(tài)電池的研究顯示，盡管固態(tài)電池的安全性能有所改善，但會(huì)導(dǎo)致電極和電解質(zhì)接觸不良，又因?yàn)殡x子導(dǎo)電性有限，從而抑制了性能。由此產(chǎn)生了一種折中的方法，混合的固體電解質(zhì)。研究小組負(fù)責(zé)人Jackie Ying說(shuō):“為了克服固體元件的高電阻對(duì)電池性能的限制，我們重新設(shè)計(jì)了固體成分的微觀結(jié)構(gòu)，消除了電解質(zhì)泄漏，混合的固體電解質(zhì)包括液體和固體成分，這既能獲得更安全的電池，又能保持良好的性能。”研究人員認(rèn)為，他們開發(fā)的這種電解質(zhì)解決了穩(wěn)定性和安全性問(wèn)題，同時(shí)保持了商業(yè)上的可行性。

電解液由Li7La3Zr2O12 (LLZO)片構(gòu)成，形成多孔膜。這種以LLZO為基礎(chǔ)的半固態(tài)電解質(zhì)據(jù)說(shuō)在寬電壓范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，這意味著它可以用于不同的鋰電池電極材料，包括高壓陰極。

NBL實(shí)驗(yàn)室用這種電解質(zhì)試驗(yàn)了鋰硫電池。該裝置具有容量大、充放電速度快、多硫化物穿梭控制等特點(diǎn)，性能穩(wěn)定?！霸跍y(cè)試中，這種新型電解質(zhì)在1.5 mg/cm2的負(fù)載密度下，獲得了顯著的速率能力(在1攝氏度和2攝氏度下，分別達(dá)到約515 mAh/g和約340 mAh/g)，”“這是鋰硫混合動(dòng)力準(zhǔn)固體電池已知的最高性能之一?！?/p>

再此之前，半固態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)預(yù)計(jì)走向市場(chǎng)。今年1月，日本科技公司京瓷(Kyocera)和美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)24M的研究人員宣布，他們將開始商用生產(chǎn)以半固態(tài)電解質(zhì)為特征的家用儲(chǔ)能電池。據(jù)說(shuō)這項(xiàng)新技術(shù)提供了40%的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，電極生產(chǎn)速度比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)快4到5倍,同時(shí)減少了銅、鋁和分離器的需要,提供了能量密度高于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品。去年，24M鋰離子電池公司聲稱，所有這些優(yōu)勢(shì)加起來(lái)相當(dāng)于傳統(tǒng)鋰離子電池儲(chǔ)能產(chǎn)品所需資金的一半，該半固態(tài)電池的能量密度為350 Wh/kg。可見，半固態(tài)電池的生產(chǎn)離商業(yè)化不遠(yuǎn)了。

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