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

盖世汽车网
2023-06-07 22:47:25

(资料图片仅供参考)

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。”