用于高级锂金属电池的柔性电解质板突破

时间：2022-04-08 12:25:37 来源：

在不久的将来，具有柔性LLZO电解质片的锂金属电池可用于最先进的电动车辆（EVS）。

东京大都会大学的研究人员开发了一种新方法，使锂金属电池的陶瓷柔性电解质板。它们组合石榴石型陶瓷，聚合物粘合剂和离子液体，产生准固态片电解质。该合成在室温下进行，需要比现有的高温（> 1000℃）的能量明显更°少。它在各种温度范围内起作用，使其成为例如电池的有希望的电解质。电动车。

化石燃料占世界各地的能源需求，包括我们使用的电力。但是化石燃料已经用完，并且燃烧它们也导致直接排放二氧化碳和其他污染物，如毒性氮氧化物进入大气中。全球需求转向清洁可再生能源。但是，像风和太阳能一样的可再生能源的主要来源通常间歇性 - 风不会一直吹，太阳在晚上不发光。因此，需要更有效地使用可再生能源的储存系统。锂离子电池对现代社会产生了深远的影响，自1991年由索尼商业化以来，各种便携式电子产品和电器提供各种便携式电子产品和设备。但在电动车辆（EVS）中使用这些电池仍然需要大幅提高最先进的锂离子技术的能力和安全性。

这导致了锂金属电池的研究兴趣的文艺复兴：锂金属阳极具有比现在商业用石墨阳极的理论能力更高。仍有与锂金属阳极相关的技术障碍。例如，在液体基电池中，锂树突（或臂）可以生长，这可能会短路电池甚至导致火灾和爆炸。这就是固态无机电解质所进入的地方：它们是非常安全的，并且石榴石型（结构类型）陶瓷Li7la3zR2O12，更好地称为LLZO，现在被广泛地认为其高离子的固态电解质材料导电性和与Li金属相容性。然而，产生高密度LLZO电解质需要非常高的烧结温度，高达°1200℃。这是能量低效和耗时，使LLZO电解质的大规模产生难以困难。此外，脆性LLZO电解质和电极材料之间的差的物理接触通常导致高界面抗性，极大地限制了它们在全固态的LI金电池中的应用。

该团队称，柔性复合板在宽范围温度下的机械稳健性和可操作性使其成为Li-Metal电池的有希望的电解质。

因此，由Kiyoshi Kanamura教授在东京大都会大学领导的团队开发了一种柔性复合材料LLZO板电解质，可以在室温下制作。它们将LLZO陶瓷浆料铸造到薄的聚合物基材上，如在烤面包上涂抹黄油。在真空烘箱中干燥后，将75微米厚的片电解质浸泡在离子液体（IL）中以改善其离子电导率。ILS是在室温下是液体的盐，已知是具有高导电性的，同时几乎是不易燃和非挥发性的。在片材内部，IL成功地填充了结构中的微观间隙并桥接LLZO颗粒，形成了Li-离子的有效途径。它们还会有效地降低了阴极的界面抗性。在进一步调查中，他们发现Li-离子通过IL和LLZO颗粒在结构中扩散，突出了两者的作用。该合成简单且适用于工业生产：整个过程在室温下进行，无需高温烧结。

虽然仍然存在挑战，但该小组表示，柔性复合板在各种温度下的机械稳健性和可操作性使其成为Li-Metal电池的有希望的电解质。这种新的合成方法的简单性可能意味着我们将在市场上看到高容量的锂金属电池比我们想象的更快。

参考：Eric Jianfeng Cheng，Takeshi Kimura，Mao Shoji，Hirosha ueda，Hirokazu Munakata和Kiyoshi Kanamura，2月20日，ACS应用材料和Interfaces.Doi：
10.1021 / ACSAMI.9B21251

这项工作得到了专门促进了新的下一代电池（Alca-Spring）（Alca-Spring）（Alca-Spring）（Alca-Spring）（Grant No.JPMJAL1301）的研究的高级低碳技术研发计划。

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