新型固態電解質加速鋰硫電池商業化

外媒報道稱，新加坡科技研究局（A*STAR）納米生物試驗室（NBL）的研究團隊找到了一種制造更穩定的鋰硫電池而不損害其性能的辦法，有望加速鋰硫電池的商業化。

NBL研究團隊負責人Ying教授說：“混合的準固態電解質同時蘊含液體和固體成分，已經成為切實可行的折衷辦法，以在保持良好性能的同時獲得更安全的電池。然而，固體組分的高電阻迄今限制了這種電池的性能。為了克服這個問題，我們重新設計了固體成分的微觀結構。我們的處理辦法消除了電解液泄漏，并且在熱和機械方面均穩定。”

據知道，NBL研究團隊設計了一種混合型準固體電解質，該電解質蘊含由Li7La3Zr2O12（LLZO）薄板制成的注液多孔膜。該團隊還開發了一種新穎的制造LLZO片的辦法，該片用于構建電解質的框架。

選擇LLZO是因為它具有高離子電導率以及良好的化學和電化學穩定性。電解質的非剛性結構使其能夠與電極保持非常良好的接觸，并戒備在解決和電池包裝過程中破碎。這樣可以使電池更安全，性能更好。

NBL研發的半固態電解質在很寬的電壓范圍內也能保持穩定，因此可以與包括高壓正極在內的各種鋰電池電極材料一起使用。

使新型電解質制成的鋰硫電池顯示出高容量、快速充電/放電能力以及有趣的多硫化物穿梭控制，從而穩定了鋰硫電池的性能。

在探測中，這種新型電解質在1.5mg/cm2的負載密度下實現了卓越的倍率能力（分別在1和2C下分別為~515和~340mAh/g）。

Ying教授說：“我們發現基于3-D薄片的框架關于最佳電池性能至關緊要。此外，我們的系統在極端溫度下顯示出出色的穩定性。這些結果說明了基于薄片的結構作為框架的巨大潛力可用于其他半固態鋰電池。”

此外，為知道決鋰硫電池在反復充電和放電中一直無法維持其較高的存儲容量的問題。NBL開發了一種新型正極材料，辦法是先添加碳主體，然后再添加硫源。

這種辦法使得研究團隊能夠獲得3D互連的多孔納米材料，并且還可以戒備電池充電時碳支架塌陷。

此外，NBL的鋰硫電池正極在經過200次以上的充電循環后，仍保持很高的容量，性能的損失降至最小。

NBL表示，使用該技術，其正極比常規制備的硫正極的比容量提高了48％，而容量衰減則減少了26％。其鋰硫正極的容量高達1220mAh/g，這意味著1克這種材料可以存儲1220mAh的電荷。相比之下傳統的鋰離子正極的能量容量僅為140mAh/g。

除了正極之外，NBL還正在通過納米材料工程來設計和優化負極、隔膜和電解質，目的是將鋰硫電池實現商業化。

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