新型固态电解质加速锂硫电池商业化

外媒报道称，新加坡科技研究局（A*STAR）纳米生物实验室（NBL）的研究团队找到了一种制造更稳定的锂硫电池而不损害其性能的方法，有望加速锂硫电池的商业化。

NBL研究团队负责人Ying教授说：“混合的准固态电解质同时包含液体和固体成分，已经成为切实可行的折衷方法，以在保持良好性能的同时获得更安全的电池。然而，固体组分的高电阻迄今限制了这种电池的性能。为了克服这个问题，我们重新设计了固体成分的微观结构。我们的解决方法消除了电解液泄漏，并且在热和机械方面均稳定。”

据了解，NBL研究团队设计了一种混合型准固体电解质，该电解质包含由Li7La3Zr2O12（LLZO）薄板制成的注液多孔膜。该团队还开发了一种新颖的制造LLZO片的方法，该片用于构建电解质的框架。

选择LLZO是因为它具有高离子电导率以及良好的化学和电化学稳定性。电解质的非刚性结构使其能够与电极保持非常良好的接触，并防止在处理和电池组装过程中破裂。这样可以使电池更安全，性能更好。

NBL研发的半固态电解质在很宽的电压范围内也能保持稳定，因此可以与包括高压正极在内的各种锂离子电池电极材料一起使用。

使新型电解质制成的锂硫电池显示出高容量、快速充电/放电能力以及有趣的多硫化物穿梭控制，从而稳定了锂硫电池的性能。

在测试中，这种新型电解质在1.5mg/cm2的负载密度下实现了卓越的倍率能力（分别在1和2C下分别为~515和~340mAh/g）。

Ying教授说：“我们发现基于3-D薄片的框架关于最佳电池性能至关重要。此外，我们的系统在极端温度下显示出出色的稳定性。这些结果说明了基于薄片的结构作为框架的巨大潜力可用于其他半固态锂离子电池。”

此外，为了解决锂硫电池在反复充电和放电中一直无法维持其较高的存储容量的问题。NBL开发了一种新型正极材料，方法是先添加碳主体，然后再添加硫源。

这种方法使得研究团队能够获得3D互连的多孔纳米材料，并且还可以防止电池充电时碳支架塌陷。

此外，NBL的锂硫电池正极在经过200次以上的充电循环后，仍保持很高的容量，性能的损失降至最小。

NBL表示，使用该技术，其正极比常规制备的硫正极的比容量提高了48％，而容量衰减则减少了26％。其锂硫正极的容量高达1220mAh/g，这意味着1克这种材料可以存储1220mAh的电荷。相比之下传统的锂离子正极的能量容量仅为140mAh/g。

除了正极之外，NBL还正在通过纳米材料工程来设计和优化负极、隔膜和电解质，目的是将锂硫电池实现商业化。