佐治亚理工学院开发混合陶瓷聚合物电解质 以提高固态电池的安全性和性能

核心提示：基于陶瓷-聚合物混合电解质的固态锂离子电池，有望提供更大的储能、更快的充电速度、更高的电化学和热稳定性。 目前常用的锂离子电池采用电解液，如果受到损坏，很容易发生热失控和起火。据外媒报道，未来基于陶瓷-聚合物混合电解质的固态锂离子电池，有望提供更大的储能、更快的充电速度、更高的电化学和热稳定性，同时克服早期固态电池存在的诸多技术挑战。佐治亚理工学院（Georgia Tech）的研究人员致力于加深对混合电解质的基本理解。这些成分在电极之间传递电荷，从而产生电流，使电池可以为电动汽车供电，然后再充电。佐治亚理工学院研究所（GTRI）首席研究科学家Ilan Stern表示：“研究人员已证明可以制造这些混合固态电解质，并将其置于纽扣电池中，以展示高性能和高稳定性。此项研究表明，基于这些陶瓷-聚合物混合材料有望实现固态电池创新。下一步是将这项技术整合到电动汽车使用的软包电池中。”研究人员探讨一种名为磷酸锂铝锗（LAGP）的电解质。利用一种名为聚DOL的聚合物成分来包围LAGP电解质，可以提供远超过现有陶瓷电解质的内部离子导电性，而且不易燃。研究人员认为，传统的陶瓷电解质具有安全性和储能优势，但在与电极接触以传递离子电荷方面存在局限性。通过加入聚合物，可以大幅改善电极和电解质之间的界面接触，同时保持陶瓷的大部分优点。Stern表示：“与电解液大为不同的是，混合电解质具有电化学稳定性、热稳定性和机械稳定性。另外，固态电池采用锂金属负极，容量上限明显提高。确实称得上是两全其美。”这种混合陶瓷-聚合物电解质看起来像一个冰球，但比纯陶瓷更耐用。Stern表示：“即使出现微裂缝，聚合物也会提供支架，以确保其结构完整性。”这项研究基于小型实验室规模电池，并已取得良好结果。研究人员计划进一步开发和测试，以实现大规模制造。除了展示这项技术的潜力，该团队还针对电池运行进行建模，以帮助指导未来的技术发展，并评估混合电解质固态电池的潜在生命周期。未来的目标之一是将该技术整合到供应链中，不再依赖来自世界冲突地区的材料，并评估锂金属和硅等新电极材料以取代标准石墨。固态电解质具有诸多优势，但是仍然存在挑战。因为混合电解质系统的制造过程更为复杂，必须彻底研究材料之间的电、机械和化学相互作用。Stern表示：“事情越复杂，需要了解的问题就越多。”