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新加坡NBL推“蛋糕”半固態電解質 提升鋰硫電池安全性

 
 
 
發布日期:2020-04-02    來源:蓋世汽車    掃描到手機

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(圖源:A*STAR官網)

據外媒報道,新加坡A*STAR研究所納米生物實驗室(NBL)的研究人員,開發了一種半固態電解質,可以提高鋰硫電池安全性,并且不影響電池性能。這一突破性發現為鋰硫電池鋪平了道路,使其可以作為高效電力解決方案,應用于各種電子和儲能應用。

制約鋰電池工業應用的主要阻礙在于安全性。因為電池中的液體有機電解質高度易燃,并且容易泄漏;另外,電池需要依賴熱性能和機械性能都不穩定的電極分離器。雖然固態電解質表現出改善鋰電池安全性能的潛力,但是,這種電解質與電極接觸不良,離子電導率低,使電池的電導率和性能表現不佳。

NBL研究小組負責人JackieY.Ying教授表示:“由液體和固體組成的混合準固體電解質,稱得上是一種實用的折衷方案,既能使電池保持安全性,又能實現良好的性能。然而,固體元件的高電阻,對電池性能的影響很大。為了克服這一問題,我們重新構建固體組件的微觀結構。我們的新方案既能解決電解液的泄漏問題,也具有穩定的熱性能和機械性能。”

NBL研究團隊設計出一種混合準固態電解質,將Li7La3Zr2O12(LLZO)薄片制成可以吸收液體電解質的多孔膜。該團隊還開發了制備LLZO薄片的新方法,用于構建電解質框架,并將這種制作3D框架的一步法,命名為“紙杯蛋糕法”。

研究人員青睞LLZO材料,是因其離子電導率高,而且具有優異的化學和電化學穩定性。受益于非剛性結構,這種電解質可與電極保持良好接觸,并且在操作和電池組裝過程中,不易開裂,有利于提高電池的安全性和性能。另外,NBL半固態電解質能在較大電壓范圍內保持穩定,與不同的鋰電池電極材料兼容,包括高壓正極。

采用NBL新型電解質制成的鋰硫電池,表現出高容量、快速充放電能力,而且可以抑制多硫化物穿梭,電池性能穩定。在試驗過程中,新型電解質在1.5mg/cm2的負載密度下,可實現高倍率性能(1和2C分別為~515mAh/g和~340mAh/g)。對于鋰硫混合準固體電池來說,這是目前所能達到的最佳性能之一。

Ying教授說:“我們發現,此類3D片層架構對于提升電池性能至關重要。此外,在極端溫度下,我們的系統表現出優異的穩定性。結果表明,我們的片基結構擁有巨大的潛力,可以作為其他半固態鋰電池的框架。”

NBL團隊正在開發可實現商業化的新型鋰離子、鋰硫和鋰固態電池。

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