創新方法提高了鋰硫電池的安全性

A * STAR的NanoBio Lab(NBL)的研究人員設計了一種用于鋰硫電池的半固態電解質，可在不損害其性能的情況下提高其安全性。這一有希望的突破為鋰硫電池在各種電子和儲能應用中用作高效電源解決方案鋪平了道路。

安全性是阻礙鋰電池工業使用的重要問題，這是因為其易燃的易燃液體有機電解質容易泄漏，并且依賴于熱和機械不穩定的電極隔板。盡管固態電解質已顯示出改善鋰電池安全性的潛力，但它們不良的電極/電解質接觸和有限的離子電導率導致了主要的電導瓶頸和低性能。

NBL研究團隊負責人Jackie Y. Ying教授分享道：“同時包含液體和固體成分的混合準固體電解質已成為切實可行的折衷方案，可在保持良好性能的同時獲得更安全的電池。但是，固體的高電阻迄今為止，該組件已經限制了此類電池的性能。為克服這一問題，我們對固體組件的微觀結構進行了重新設計。我們的解決方案消除了電解質泄漏，并且具有熱穩定性和機械穩定性。”

NBL研究團隊設計了一種混合型準固體電解質，該電解質包括由Li 7 La 3 Zr 2 O 12(LLZO)片材制成的注液多孔膜。該團隊還開發了一種新穎的制造LLZO薄板的方法，該薄板用于構建電解質的框架。他們將這種制作3-D圖紙框架的一步過程稱為“杯子蛋糕”方法。

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，并防止在處理和電池組裝過程中破裂。這樣可以使電池更安全，性能更好。NBL的半固體電解質在很寬的電壓范圍內也是穩定的，因此可以與包括高壓陰極在內的各種鋰電池電極材料一起使用。

使用NBL新型電解液制成的鋰硫電池顯示出高容量，快速的充電/放電能力以及有趣的多硫化物穿梭控制，從而穩定了電池的性能。在測試中，該新型電解質在1.5 mg / cm 2的負載密度下實現了顯著的速率能力(分別在1和2C下分別為?515和?340 mAh / g)。這是鋰硫混合準固態電池實現的最高已知性能。

應教授說：“我們發現基于3D薄片的框架對于電池的最佳性能至關重要。此外，我們的系統在極端溫度下也表現出出色的穩定性。這些結果說明了基于薄片的結構作為框架的巨大潛力用于其他半固態鋰電池。”

NBL團隊正在開發新型鋰離子，鋰硫和鋰固態電池，以實現商業化。