最近，新加坡科技研究局的納米實驗室（NBL）的研究人員為鋰硫電池設(shè)計了一種半固態(tài)電解質(zhì)，能在不影響電池性能的前提下提高電池的安全性。鋰硫電池在各種電子和能量存儲應用中作為高效的電源將進一步接近現(xiàn)實。

安全問題一直以來都是阻礙鋰電池的工業(yè)使用的障礙，因為鋰電的高度易燃液體有機電解質(zhì)容易泄漏，而且還依賴于熱和機械不穩(wěn)定的電極分離器。雖然固態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)顯示出改善鋰電池安全性能的潛力，但它們的電極／電解質(zhì)經(jīng)常接觸不良而且離子電導率有限，導致了固態(tài)鋰電的性能低下。

NBL研究小組的負責人Jackie Y． Ying教授說：“由液體和固體組成的混合準固體電解質(zhì)已經(jīng)成為一種實用的折衷方案，既能獲得更安全的電池，又能保持良好的性能。然而，固體元件的高電阻迄今為止限制了這種電池的性能。為了克服這個問題，我們重新設(shè)計了固體成分的微觀結(jié)構(gòu)。我們的解決方案消除了電解液的泄漏，并且在溫度和機械性能上都很穩(wěn)定。”

NBL的研究團隊設(shè)計了一種混合的準固態(tài)電解質(zhì)，它包括由Li7La3Zr2O12 （LLZO）薄片制成的液體注入多孔膜。該團隊還開發(fā)了一種制造LLZO薄片的新方法，用于構(gòu)建電解質(zhì)的框架。他們將這種制作3d片架構(gòu)的方法稱為“紙杯蛋糕法”。

LLZO因其高離子電導率、良好的化學和電化學穩(wěn)定性而被選中。電解質(zhì)的非剛性結(jié)構(gòu)使其與電極保持良好的接觸，并防止其在操作和電池組裝過程中開裂。這使得電池更安全，性能更好。NBL的半固態(tài)電解質(zhì)在寬電壓范圍內(nèi)也很穩(wěn)定，可以用于不同的鋰電池電極材料，包括高壓陰極。

采用NBL新型電解液制成的鋰硫電池具有容量大、充放電速度快等優(yōu)點，穩(wěn)定了電池的性能。在試驗中，新型電解質(zhì)在1．5 mg／cm2的負載密度下，獲得了顯著的速率能力（分別在1℃和2C℃下～515和～340 mAh／g）。這是鋰硫混合準固體電池所能達到的最高性能之一。

Ying教授說：“我們發(fā)現(xiàn)的3－D片架構(gòu)對電池的最佳性能起了至關(guān)重要的作用。此外，我們的系統(tǒng)在極端溫度下表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性。這些結(jié)果說明了我們的片基結(jié)構(gòu)作為其他半固態(tài)鋰電池框架的巨大潛力。”

目前，NBL團隊正在開發(fā)新型鋰離子、鋰硫和鋰固態(tài)電池，以實現(xiàn)商業(yè)化。

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