新加坡NBL推出“蛋糕”半固态电解质 提升锂硫电池安全性

发布日期:2020-04-02  来源:盖世汽车

核心提示: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
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。
 
 
(图源:A*STAR官网)
 
NBL研究小组负责人Jackie Y. 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。”
 
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1.5 mg/cm2的负载密度下,可实现高倍率性能(1和2C分别为~515 mAh/g和~340 mAh/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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