马里兰大学研发出新一代电池用固体电解质薄膜技术

2020年11月18日，科学日报（ScienceDaily）报道，马里兰大学（University of Maryland）研究团队开发了一种新方法用于印刷和烧结各种固体电解质薄膜，即“打印和辐射加热法”。

锂离子电池广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网级储能系统。然而，在过去几年里，由于传统的有机电解液在许多情况下易引起火灾和爆炸，锂离子电池的安全性一直受到质疑。陶瓷固体电解质（SSE）薄膜为解决安全问题提供了一个可行的解决方案，因为它阻断了导致短路和热失控的锂枝晶，同时为下一代锂离子电池提供了高能量密度。然而，目前的SSE薄膜离子电导率较低，在108~105S/cm之间，这正是由于材料质量差所致。

马里兰大学詹姆斯克拉克工程学院胡良兵领导的研究小组最近开发了一种印刷和烧结各种SSE薄膜的新方法，即“打印和辐射加热（PRH）”法。它的特点是采用溶液打印技术，然后进行快速烧结。

在一个典型的过程中，前驱体悬浮液印刷在基板上，其浓度和厚度可以调节。通过高温(~1500℃)快速(~3s)烧结得到高质量、高性能的SSE薄膜，保证了最小的Li损失和高结晶度。这种方法不仅使SSE薄膜微结构致密均匀，而且保证了优良的离子电导率。值得注意的是，从原料到最终产品的制造过程只需要5分钟，比传统方法快了100倍。

在概念验证演示中，研究团队展示了一种以石榴石为基础的SSE薄膜，该薄膜具有高达1ms/cm的高离子电导率和极佳的循环稳定性。此外，PRH方法可以实现许多其他设计，如在合成过程中没有交叉污染的复杂多层组装。它还可以扩展到制备其他陶瓷薄膜，这为开发安全和高性能固态电池和其他薄膜基器件开辟了新的机遇。