新加坡NBL推出“蛋糕”半固态电解质 提升锂硫电池安全性

(图源：A*STAR官网)

据外媒报道，新加坡A*STAR研究所纳米生物实验室（NBL）的研究人员，开发了一种半固态电解质，可以提高锂硫电池安全性，并且不影响电池性能。这一突破性发现为锂硫电池铺平了道路，使其可以作为高效电力解决方案，应用于各种电子和储能应用。

制约锂电池工业应用的主要阻碍在于安全性。因为电池中的液体有机电解质高度易燃，并且容易泄漏；另外，电池需要依赖热性能和机械性能都不稳定的电极分离器。虽然固态电解质表现出改善锂电池安全性能的潜力，但是，这种电解质与电极接触不良，离子电导率低，使电池的电导率和性能表现不佳。

NBL研究小组负责人Jackie Y. Ying教授表示：“由液体和固体组成的混合准固体电解质，称得上是一种实用的折衷方案，既能使电池保持安全性，又能实现良好的性能。然而，固体元件的高电阻，对电池性能的影响很大。为了克服这一问题，我们重新构建固体组件的微观结构。我们的新方案既能解决电解液的泄漏问题，也具有稳定的热性能和机械性能。”

NBL研究团队设计出一种混合准固态电解质，将Li7La3Zr2O12 （LLZO）薄片制成可以吸收液体电解质的多孔膜。该团队还开发了制备LLZO薄片的新方法，用于构建电解质框架，并将这种制作3D框架的一步法，命名为“纸杯蛋糕法”。

研究人员青睐LLZO材料，是因其离子电导率高，而且具有优异的化学和电化学稳定性。受益于非刚性结构，这种电解质可与电极保持良好接触，并且在操作和电池组装过程中，不易开裂，有利于提高电池的安全性和性能。另外，NBL半固态电解质能在较大电压范围内保持稳定，与不同的锂电池电极材料兼容，包括高压正极。

采用NBL新型电解质制成的锂硫电池，表现出高容量、快速充放电能力，而且可以抑制多硫化物穿梭，电池性能稳定。在试验过程中，新型电解质在1.5 mg/cm2的负载密度下，可实现高倍率性能（1和2C分别为~515 mAh/g和~340 mAh/g）。对于锂硫混合准固体电池来说，这是目前所能达到的最佳性能之一。

Ying教授说：“我们发现，此类3D片层架构对于提升电池性能至关重要。此外，在极端温度下，我们的系统表现出优异的稳定性。结果表明，我们的片基结构拥有巨大的潜力，可以作为其他半固态锂电池的框架。”

NBL团队正在开发可实现商业化的新型锂离子、锂硫和锂固态电池。