锂金属电池柔性电解质片获突破

戴冲

东京城市大学的研究人员近期开发出一种新方法来制造用于锂金属电池的陶瓷基柔性电解质片。他们将石榴石型陶瓷、聚合物黏合剂和离子液体结合在一起，生产出准固态片状电解质。合成是在室温下进行的，与现有的高温（> 1000℃）工艺相比，所需能量大大减少。它可在很宽的温度范围内发挥作用，使其成为用于电动汽车电池的理想电解质。

柔性复合片机械强度和可操作性俱佳

现代的化石燃料占了世界上大多数能源需求，包括我们使用的电力，但是化石燃料的应用中，燃烧会导致二氧化碳和其他污染物（例如有毒的氮氧化物）直接排放到大气中，因此，需要先进的储能系统更有效地使用可再生的间歇性能源。

自1991年索尼将锂离子电池商业化以来，锂离子电池已对现代社会产生了深远的影响，为无绳吸尘器等各种便携式电子产品和电器提供了动力。这带来了人们对锂金属电池的研究兴趣的复兴：锂金属阳极的理论容量比目前商业使用的石墨阳极高得多。

众所周知，锂金属阳极仍然存在技术障碍。例如在液态电池中，可能会有电池短路的情况发生，苹果和三星手机都发生过起火和爆炸的实例。固态无机电解质明显更安全，并且石榴石型（结构类型）陶瓷Li7 La3 Zr2 O12（LLZO），因其高离子电导率和与Li金属的相容性而被广泛认为是一种有前途的固态电解质材料。

但是生产高密度LLZO电解质需要非常高的烧结温度，高达1200℃，这既浪费能源又耗时，使得难以大规模生产LLZO电解质。此外，脆性LLZO电解质与电极材料之间的不良物理接触通常会导致较高的界面电阻，从而极大地限制了它们在全固态锂金属电池中的应用。

柔性复合LLZO片状电解质成为锂金属电池新希望的电解质材质，工艺是将LLZO陶瓷浆液浇铸到薄的聚合物基材上，就像在烤面包上涂黄油一样。在真空烘箱中干燥后，将75微米厚的片状电解质浸泡在离子液体（IL）中，以提高其离子电导率。IL是在室温下为液态的盐，已知具有很高的导电性，同时几乎不易燃且不挥发。

在薄板内部，IL成功地填充了结构中的微观间隙，并弥合了LLZO颗粒，形成了锂离子的有效途径，它们还有效降低了阴极的界面电阻。经过进一步调查，研究小组发现锂离子通过结构的IL和LLZO粒子扩散，合成简单，适合工业生产：整个過程在室温下进行，无须高温烧结。研究小组表示，柔性复合板这种新的合成方法意味着我们将很快看到高容量锂金属电池的普及。