创新方法提高了锂硫电池的安全性

 
A * STAR的NanoBio Lab(NBL)的研究人员设计了一种用于锂硫电池的半固态电解质，可以在不损害其性能的情况下提高其安全性。这一有希望的突破为锂硫电池在各种电子和能量存储应用中用作高效电源解决方案铺平了道路。
安全性是阻碍锂电池工业使用的重要问题，因为其易燃的易燃液体有机电解质容易泄漏，并且依赖于热和机械不稳定的电极隔板。尽管固态电解质已显示出改善锂电池安全性的潜力，但它们不良的电极/电解质接触和有限的离子电导率导致了主要的电导瓶颈和低性能。
NBL研究团队负责人Jackie Y. Ying教授分享道：“同时包含液体和固体成分的混合准固体电解质已成为切实可行的折衷方案，可在保持良好性能的同时获得更安全的电池。但是，固体的高电阻迄今为止，该组件已经限制了此类电池的性能。为克服这一问题，我们对固体组件的微观结构进行了重新设计。我们的解决方案消除了电解质泄漏，并且具有热和机械稳定性。”
NBL研究团队设计了一种混合型准固体电解质，该电解质包含由Li7La3Zr2O12(LLZO)薄板制成的注液多孔膜。该团队还开发了一种新颖的制造LLZO薄板的方法，该薄板用于构建电解质的框架。他们将这种生产3-D图纸框架的一步过程称为“杯子蛋糕”方法。
选择LLZO是因为它具有高离子电导率以及良好的化学和电化学稳定性。电解质的非刚性结构使其能够与电极保持非常良好的接触，并防止在处理和组装电池时破裂。这样可以使电池更安全，性能更好。 NBL的半固体电解质在很宽的电压范围内也很稳定，因此可以与包括高压阴极在内的各种锂电池电极材料一起使用。
使用NBL新型电解液制成的锂硫电池显示出高容量，快速的充电/放电能力以及有趣的多硫化物穿梭控制，从而稳定了电池的性能。在测试中，这种新型电解质在1.5 mg / cm2的负载密度下实现了卓越的倍率能力(分别在1和2C下分别为〜515和〜340 mAh / g)。这是锂硫混合准固态电池实现的最高已知性能。
Ying教授说：“我们发现基于3-D薄片的框架对于最佳电池性能至关重要。此外，我们的系统在极端温度下显示出出色的稳定性。这些结果说明了基于薄片的结构作为框架的巨大潜力用于其他半固态锂电池。”
NBL团队正在开发新型锂离子，锂硫和锂固态电池，以实现商业化。
一步式“纸杯蛋糕”合成方法
将金属前体和蔗糖溶解在水中，然后放入预编程的熔炉中。
炉内：
加热溶液以形成棕色的“杯子蛋糕”。
然后将纸杯蛋糕在高温下加热以形成薄片