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马里兰大学推出可产业化的固态锂金属电池材料
中国钛白粉网 时间:2018年02月05日 03点02分 信息来源:材料科技在线

【中国钛白粉网讯】马里兰大学研发出一种新型锂离子导电陶瓷纺织材料,可以让我们更快的实现固态锂金属电池的产业化。
      从笔记本电脑到电动工具,电动汽车到火星登陆车,锂离子电池的应用无处不在。 它们价格低,二次充电方便,而且在低温环境下运行良好。 但目前的商用锂电池由易燃易爆的液体或聚合物电解质制作而成,所以在性能上仍然受到一些限制,如不能在高温下使用,电池容量有限,寿命短。
      现在业内正大力发展固态锂金属电池克服这些性能限制,科研人员也在努力寻找一种可用于固态锂离子电池的材料,希望能在获得更好的锂离子导电性和电化学稳定性的同时达到大批量生产的要求。最近马里兰大学Eric D. Wachsman博士领导的一个研究小组在这个领域进展颇丰,他们研制出了一种导电性良好,可弯折并且适用于高性能锂金属电池固体电解质的陶瓷纺织复合材料。
      他们将织物模板(由直径10微米的纤维组成)浸泡在类石榴石的陶瓷前体中,制造出高比表面积的织造纤维结构,实现离子导电和电化学反应。与此同时,稳定的立方晶体导体(Li 7 La 3 Zr 2 O 1)也使这种织物具有较高的反应稳定性和锂离子传导性。 这种陶瓷织物不但保留了原始织物模板的柔韧性,而且能像树脂基体中的碳纤维一样,为固体电池结构中的固体聚合物电解质撑起结构骨架并提供电导捷径。
      该陶瓷纺织复合材料电解质在25℃显示出2.7×10-5S / cm的锂离子电导率,在60℃显示出1.8×10-4S / cm的锂离子电导率,这比进行单独电解质测量的数据要高一个数量级。 它同时也可以实现长期的充放电循环(> 500小时)而不失效。 此外,该团队还探索了纺织品作为锂硫电池三维电极的电解质框架的可能性。 他们实现了超高的阴极负载(10.8g / cm2硫的负载),同时,根据他们的预测,随着设计的变化,能量密度达到352 Wh / kg是可以实现的,这将远远超过目前商用的最先进的锂离子电池。
      作者相信,他们的制造过程远比实验室的简单,而且这种方法快速还节省成本,这势必推动大规模生产的出现,并起到促进陶瓷组成结构可设计性研究的作用。


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