鋰金屬電池：“陶瓷基柔性電解質(zhì)片”新工藝問(wèn)世
根據(jù)東京都立大學(xué)消息，該校研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新的合成工藝，用于制造鋰金屬電池的陶瓷基柔性電解質(zhì)片。這種準(zhǔn)固態(tài)片狀電解質(zhì)主要是由石榴石型陶瓷，聚合物粘合劑和離子液體所組成的，由于可在室溫下合成，因此與目前流行的高溫工藝（>1000℃）相比，能大幅減少所需的能量。而且這種電解質(zhì)的工作溫度范圍很大，在電動(dòng)汽車等行業(yè)具有很可觀的潛力。
與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，鋰金屬電池具有比它高2至6倍的超高能量密度，但其潛在的安全問(wèn)題仍然限制了鋰金屬負(fù)極的應(yīng)用，因?yàn)樵陔妶?chǎng)不均勻的任何地方會(huì)傾向于產(chǎn)生枝晶，而在液基電池的情況下，這些枝晶可能會(huì)導(dǎo)致電池短路，甚至引發(fā)爆 炸和火 災(zāi)。而固態(tài)電解質(zhì)，包括陶瓷電解質(zhì)（CEs）和固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPEs），被認(rèn)為是解決枝晶問(wèn)題的最有效方法。
Li7La3Zr2O12是一種石榴石型陶瓷，通常被稱為L(zhǎng)LZO，由于具有較高的離子相容性和導(dǎo)電性，被廣泛認(rèn)為是一種最具潛力的固體電解質(zhì)材料之一。但生產(chǎn)高密度LLZO電解液需要高達(dá)1200℃的極端燒結(jié)溫度，這個(gè)過(guò)程既耗時(shí)又耗能，導(dǎo)致LLZO電解質(zhì)的商業(yè)化進(jìn)程并不順利。另外，由于電極材料與易碎的LLZO電解質(zhì)之間的物理接觸較弱，常常導(dǎo)致較高的界面電阻，大大限制了它們?cè)谌虘B(tài)鋰金屬電池中的應(yīng)用。
因此，在KiyoshiKanamura教授的指導(dǎo)下，東京都立大學(xué)的研究小組開(kāi)始著手于一種能在室溫下生成的柔性復(fù)合LLZO片狀電解質(zhì)的合成工藝的開(kāi)發(fā)。具體流程如下：研究小組將LLZO陶瓷漿液澆鑄到薄的聚合物基材上，就像在烤面包上涂抹黃油一樣。在真空烘箱中干燥后，將75微米厚的片狀電解質(zhì)浸泡在離子液體（IL）中，以提高其離子電導(dǎo)率（IL是在室溫下為液態(tài)的鹽，已知具有很高的導(dǎo)電性，同時(shí)幾乎不易燃且不揮發(fā)）。在薄板內(nèi)部，IL成功地填充了結(jié)構(gòu)中的微觀間隙，并彌合了LLZO顆粒，形成了鋰離子的有效途徑，有效降低了陰極的界面電阻。
在進(jìn)一步研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)鋰離子可通過(guò)結(jié)構(gòu)中的LLZO粒子和IL粒子擴(kuò)散，突出了兩者的作用。該合成工藝流程簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)生產(chǎn)，全過(guò)程在室溫下進(jìn)行，無(wú)需高溫?zé)Y(jié)。盡管仍然存在挑戰(zhàn)，但研究小組表示，柔性復(fù)合片在很寬的溫度范圍內(nèi)的機(jī)械強(qiáng)度和可操作性使其成為鋰金屬電池的有希望的電解質(zhì)。這種新的合成方法的簡(jiǎn)單性可能意味著我們將比我們想象的更快地看到市場(chǎng)上的高容量鋰金屬電池。