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锂金属电池:“陶瓷基柔性电解质片”新工艺问世

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发表于 2020-4-18 22:59:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
根据东京都立大学消息,该校研究人员开发出了一种新的合成工艺,用于制造锂金属电池的陶瓷基柔性电解质片。这种准固态片状电解质主要是由石榴石型陶瓷,聚合物粘合剂和离子液体所组成的,由于可在室温下合成,因此与目前流行的高温工艺相比,能大幅减少所需的能量。而且这种电解质的工作温度范围很大,在电动汽车等行业具有很可观的潜力。

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新型陶瓷基柔性电解质片

与传统锂离子电池相比,锂金属电池具有比它高2至6倍的超高能量密度,但其潜在的安全问题仍然限制了锂金属负极的应用,因为在电场不均匀的任何地方会倾向于产生枝晶,而在液基电池的情况下,这些枝晶可能会导致电池短路,甚至引发爆 炸和火 灾。而固态电解质,包括陶瓷电解质和固态聚合物电解质,被认为是解决枝晶问题的最有效方法。

Li7La3Zr2O12是一种石榴石型陶瓷,通常被称为LLZO,由于具有较高的离子相容性和导电性,被广泛认为是一种最具潜力的固体电解质材料之一。但生产高密度LLZO电解液需要高达1200℃的极端烧结温度,这个过程既耗时又耗能,导致LLZO电解质的商业化进程并不顺利。另外,由于电极材料与易碎的LLZO电解质之间的物理接触较弱,常常导致较高的界面电阻,大大限制了它们在全固态锂金属电池中的应用。

因此,在KiyoshiKanamura教授的指导下,东京都立大学的研究小组开始着手于一种能在室温下生成的柔性复合LLZO片状电解质的合成工艺的开发。具体流程如下:研究小组将LLZO陶瓷浆液浇铸到薄的聚合物基材上,就像在烤面包上涂抹黄油一样。在真空烘箱中干燥后,将75微米厚的片状电解质浸泡在离子液体中,以提高其离子电导率。在薄板内部,IL成功地填充了结构中的微观间隙,并弥合了LLZO颗粒,形成了锂离子的有效途径,有效降低了阴极的界面电阻。

在进一步研究中,研究人员发现锂离子可通过结构中的LLZO粒子和IL粒子扩散,突出了两者的作用。该合成工艺流程简单,适合于工业生产,全过程在室温下进行,无需高温烧结。尽管仍然存在挑战,但研究小组表示,柔性复合片在很宽的温度范围内的机械强度和可操作性使其成为锂金属电池的有希望的电解质。这种新的合成方法的简单性可能意味着我们将比我们想象的更快地看到市场上的高容量锂金属电池。

资料来源:tmu.ac.jp;azom.com.
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