根據東京都立大學消息，該校研究人員開發出了一種新的合成工藝，用于制造鋰金屬電池的陶瓷基柔性電解質片。這種準固態片狀電解質主要是由石榴石型陶瓷，聚合物粘合劑和離子液體所組成的，由于可在室溫下合成，因此與目前流行的高溫工藝（> 1000℃）相比，能大幅減少所需的能量。而且這種電解質的工作溫度范圍很大，在電動汽車等行業具有很可觀的潛力。

新型陶瓷基柔性電解質片（圖片來源：東京都立大學）

與傳統鋰離子電池相比，鋰金屬電池具有比它高2至6倍的超高能量密度，但其潛在的安全問題仍然限制了鋰金屬負極的應用，因為在電場不均勻的任何地方會傾向于產生枝晶，而在液基電池的情況下，這些枝晶可能會導致電池短路，甚至引發爆炸和火災。而固態電解質，包括陶瓷電解質（CEs）和固態聚合物電解質（SPEs），被認為是解決枝晶問題的最有效方法。

Li₇La₃Zr₂O₁₂是一種石榴石陶瓷，通常被稱為LLZO，由于具有較高的離子相容性和導電性，被廣泛認為是一種最具潛力的固體電解質材料之一。但生產高密度LLZO電解液需要高達1200℃的極端燒結溫度，這個過程既耗時又耗能，導致LLZO電解質的商業化進程并不順利。另外，由于電極材料與易碎的LLZO電解質之間的物理接觸較弱，常常導致較高的界面電阻，大大限制了它們在全固態鋰金屬電池中的應用。

因此，在Kiyoshi Kanamura教授的指導下，東京都立大學的研究小組開始著手于一種能在室溫下生成的柔性復合LLZO片狀電解質的合成工藝的開發。具體流程如下：研究小組將LLZO陶瓷漿液澆鑄到薄的聚合物基材上，就像在烤面包上涂抹黃油一樣。在真空烘箱中干燥后，將75微米厚的片狀電解質浸泡在離子液體（IL）中，以提高其離子電導率（IL是在室溫下為液態的鹽，已知具有很高的導電性，同時幾乎不易燃且不揮發）。在薄板內部，IL成功地填充了結構中的微觀間隙，并彌合了LLZO顆粒，形成了鋰離子的有效途徑，有效降低了陰極的界面電阻。

在進一步研究中，研究人員發現鋰離子可通過結構中的LLZO粒子和IL粒子擴散，突出了兩者的作用。該合成工藝流程簡單，適合于工業生產，全過程在室溫下進行，無需高溫燒結。盡管仍然存在挑戰，但研究小組表示，柔性復合片在很寬的溫度范圍內的機械強度和可操作性使其成為鋰金屬電池的有希望的電解質。這種新的合成方法的簡單性可能意味著我們將比我們想象的更快地看到市場上的高容量鋰金屬電池。

資料來源：

tmu.ac.jp

azom.com

粉體圈 Coco編譯