固態(tài)電池突破有望!全新工藝可低溫合成電解質 成本更低

發(fā)布日期:2023-10-25  來源:科創(chuàng)板日報

核心提示:鋰陶瓷可以作為固體電解質,用于更強大、更經(jīng)濟的可充電鋰離子電池。挑戰(zhàn)在于找到一種在高溫下不燒結的生產(chǎn)方法?,F(xiàn)在,由美國麻
 鋰陶瓷可以作為固體電解質,用于更強大、更經(jīng)濟的可充電鋰離子電池。挑戰(zhàn)在于找到一種在高溫下不燒結的生產(chǎn)方法。
 
現(xiàn)在,由美國麻省理工學院(MIT)和德國慕尼黑工業(yè)大學(TU Munich)領導的一個研究小組現(xiàn)在開發(fā)了一種無燒結的方法,可以高效、低溫地合成導電晶體形式的這些陶瓷。
 
一直以來,主導著電動汽車發(fā)展的因素有兩個:動力(它決定了汽車的續(xù)航里程)和成本。美國能源部旨在加速從汽油動力汽車向電動汽車的過渡,并制定了到2030年降低生產(chǎn)成本和提高電池能量密度的宏偉目標。這些目標是傳統(tǒng)鋰離子電池無法實現(xiàn)的。
 
制造更小、更輕、更強大、更安全的電池的一個非常有前途的方法是使用固態(tài)電池,其陽極由金屬鋰而不是石墨制成。傳統(tǒng)的鋰離子電池具有液態(tài)有機電解質,并使用聚合物膜將陽極和陰極分隔開。
 
與之相反,固態(tài)電池的所有組件都是固體。薄陶瓷層同時充當固體電解質和分離器。它對鋰枝晶生長引起的危險短路和熱失控都是非常有效的。此外,它們不含易燃液體。
 
石榴石型固體電解質——Li7La3Zr2O12(LLZO)是一種適合于高能量密度電池的陶瓷電解質/分離器。這種材料必須在1050°C以上與陰極一起燒結,才能將LLZO轉化為快速導電鋰的立方晶相,使其足夠致密,并牢固地結合到電極上。
 
然而,超過600°C的溫度會破壞可持續(xù)的低鈷或無鈷陰極材料的穩(wěn)定性,同時也會提高生產(chǎn)成本和能耗。需要更經(jīng)濟、更可持續(xù)的新生產(chǎn)方法。新研究就在這方面取得了突破,成果已于近期發(fā)表在了“Angewandte Chemie”雜志上。
 
 
據(jù)悉,他們的新工藝不是基于陶瓷前驅體化合物,而是基于液體前驅體化合物,在順序分解合成中直接致密形成LLZO。為了優(yōu)化這種合成路線的條件,該團隊使用多種方法分析了LLZO從無定形到所需晶體形式(cLLZO)的多步相變。
 
 
基于他們對結晶過程的深入了解,他們開發(fā)了一種方法,在相對較低的500°C溫度下,經(jīng)過10小時的退火,cLLZO成為致密的固體薄膜,而無需燒結。對于未來的電池設計,這種方法將允許將固體LLZO電解質與可持續(xù)陰極集成,從而避免使用鈷等元素。

 
 
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