(圖源：A*STAR官網(wǎng))

據(jù)外媒報道，新加坡A*STAR研究所納米生物實驗室（NBL）的研究人員，開發(fā)了一種半固態(tài)電解質(zhì)，可以提高鋰硫電池安全性，并且不影響電池性能。這一突破性發(fā)現(xiàn)為鋰硫電池鋪平了道路，使其可以作為高效電力解決方案，應用于各種電子和儲能應用。

制約鋰電池工業(yè)應用的主要阻礙在于安全性。因為電池中的液體有機電解質(zhì)高度易燃，并且容易泄漏；另外，電池需要依賴熱性能和機械性能都不穩(wěn)定的電極分離器。雖然固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出改善鋰電池安全性能的潛力，但是，這種電解質(zhì)與電極接觸不良，離子電導率低，使電池的電導率和性能表現(xiàn)不佳。

NBL研究小組負責人Jackie Y. Ying教授表示：“由液體和固體組成的混合準固體電解質(zhì)，稱得上是一種實用的折衷方案，既能使電池保持安全性，又能實現(xiàn)良好的性能。然而，固體元件的高電阻，對電池性能的影響很大。為了克服這一問題，我們重新構建固體組件的微觀結(jié)構。我們的新方案既能解決電解液的泄漏問題，也具有穩(wěn)定的熱性能和機械性能。”

NBL研究團隊設計出一種混合準固態(tài)電解質(zhì)，將Li7La3Zr2O12 （LLZO）薄片制成可以吸收液體電解質(zhì)的多孔膜。該團隊還開發(fā)了制備LLZO薄片的新方法，用于構建電解質(zhì)框架，并將這種制作3D框架的一步法，命名為“紙杯蛋糕法”。

研究人員青睞LLZO材料，是因其離子電導率高，而且具有優(yōu)異的化學和電化學穩(wěn)定性。受益于非剛性結(jié)構，這種電解質(zhì)可與電極保持良好接觸，并且在操作和電池組裝過程中，不易開裂，有利于提高電池的安全性和性能。另外，NBL半固態(tài)電解質(zhì)能在較大電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，與不同的鋰電池電極材料兼容，包括高壓正極。

采用NBL新型電解質(zhì)制成的鋰硫電池，表現(xiàn)出高容量、快速充放電能力，而且可以抑制多硫化物穿梭，電池性能穩(wěn)定。在試驗過程中，新型電解質(zhì)在1.5 mg/cm2的負載密度下，可實現(xiàn)高倍率性能（1和2C分別為~515 mAh/g和~340 mAh/g）。對于鋰硫混合準固體電池來說，這是目前所能達到的最佳性能之一。

Ying教授說：“我們發(fā)現(xiàn)，此類3D片層架構對于提升電池性能至關重要。此外，在極端溫度下，我們的系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，我們的片基結(jié)構擁有巨大的潛力，可以作為其他半固態(tài)鋰電池的框架。”

NBL團隊正在開發(fā)可實現(xiàn)商業(yè)化的新型鋰離子、鋰硫和鋰固態(tài)電池。