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新加坡NBL推出“蛋糕”半固态电解质 提升锂硫电池安全性

新加坡NBL推出“蛋糕”半固态电解质 提升锂硫电池安全性
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(图源：A*STAR官网)
盖世汽车讯据外媒报道 ， 新加坡A*STAR研究所纳米生物实验室（NBL）的研究人员 ， 开发了一种半固态电解质 ， 可以提高锂硫电池安全性 ， 并且不影响电池性能 。 这一突破性发现为锂硫电池铺平了道路 ， 使其可以作为高效电力解决方案 ， 应用于各种电子和储能应用 。
制约锂电池工业应用的主要阻碍在于安全性 。 因为电池中的液体有机电解质高度易燃 ， 并且容易泄漏；另外 ， 电池需要依赖热性能和机械性能都不稳定的电极分离器 。 虽然固态电解质表现出改善锂电池安全性能的潜力 ， 但是 ， 这种电解质与电极接触不良 ， 离子电导率低 ， 使电池的电导率和性能表现不佳 。
NBL研究小组负责人JackieY.Ying教授表示：“由液体和固体组成的混合准固体电解质 ， 称得上是一种实用的折衷方案 ， 既能使电池保持安全性 ， 又能实现良好的性能 。 然而 ， 固体元件的高电阻 ， 对电池性能的影响很大 。 为了克服这一问题 ， 我们重新构建固体组件的微观结构 。 我们的新方案既能解决电解液的泄漏问题 ， 也具有稳定的热性能和机械性能 。 ”
【新加坡NBL推出“蛋糕”半固态电解质 提升锂硫电池安全性】NBL研究团队设计出一种混合准固态电解质 ， 将Li7La3Zr2O12（LLZO）薄片制成可以吸收液体电解质的多孔膜 。 该团队还开发了制备LLZO薄片的新方法 ， 用于构建电解质框架 ， 并将这种制作3D框架的一步法 ， 命名为“纸杯蛋糕法” 。
研究人员青睐LLZO材料 ， 是因其离子电导率高 ， 而且具有优异的化学和电化学稳定性 。 受益于非刚性结构 ， 这种电解质可与电极保持良好接触 ， 并且在操作和电池组装过程中 ， 不易开裂 ， 有利于提高电池的安全性和性能 。 另外 ， NBL半固态电解质能在较大电压范围内保持稳定 ， 与不同的锂电池电极材料兼容 ， 包括高压正极 。
采用NBL新型电解质制成的锂硫电池 ， 表现出高容量、快速充放电能力 ， 而且可以抑制多硫化物穿梭 ， 电池性能稳定 。 在试验过程中 ， 新型电解质在1.5mg/cm2的负载密度下 ， 可实现高倍率性能（1和2C分别为~515mAh/g和~340mAh/g） 。 对于锂硫混合准固体电池来说 ， 这是目前所能达到的最佳性能之一 。
Ying教授说：“我们发现 ， 此类3D片层架构对于提升电池性能至关重要 。 此外 ， 在极端温度下 ， 我们的系统表现出优异的稳定性 。 结果表明 ， 我们的片基结构拥有巨大的潜力 ， 可以作为其他半固态锂电池的框架 。 ”
NBL团队正在开发可实现商业化的新型锂离子、锂硫和锂固态电池 。


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