鋰離子電池被廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、電動汽車和電網(wǎng)儲能系統(tǒng)，但傳統(tǒng)鋰電池的電解液為有機液體，容易引發(fā)火災(zāi)和爆炸。相比之下，采用陶瓷固態(tài)電解質(zhì)（SSE）薄膜，可以阻止鋰枝晶生長，避免因熱失控造成短路，從而提供可行性安全解決方案，同時提升能量密度，推動下一代鋰離子電池發(fā)展。然而，由于材料質(zhì)量差，目前使用的SSE薄膜的離子電導(dǎo)率較低，大約在10-8到10-5S/cm之間。



據(jù)外媒報道，由馬里蘭大學(xué)A.詹姆斯·克拉克工程學(xué)院（A. James Clark School of Engineering）的Liangbing Hu領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，最近開發(fā)了一種打印和燒結(jié)各種SSE薄膜的新方法。該團隊將這種方法命名為“打印和輻射加熱”(PRH)，其特點是利用一種基于溶液的可打印技術(shù)，并快速進行燒結(jié)。

在典型工藝中，前體懸浮液被打印在基板上，并且可以調(diào)節(jié)濃度和厚度。接著，在1500°C左右的環(huán)境下，經(jīng)過大約3秒的快速高溫?zé)Y(jié)，可以獲得性能和品質(zhì)都很優(yōu)異的SSE薄膜，從而使鋰損耗達到最小化，并實現(xiàn)高結(jié)晶度。采用這種方法，不僅可以使SSE薄膜具有致密、均勻的微結(jié)構(gòu)，而且能夠?qū)崿F(xiàn)良好的離子導(dǎo)電性。值得一提的是，只需大約5分鐘，即可完成從先體到最終產(chǎn)品的制造過程，比傳統(tǒng)方法快約100倍。

該團隊在概念驗證演示中展示一種基于石榴石的打印SSE薄膜，具有高達1ms/cm的高離子導(dǎo)電率和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

這種方法還可以應(yīng)用于其他多種設(shè)計，比如復(fù)雜的多層組裝，避免在合成過程中發(fā)生交叉污染；此外，還可用于制備其他陶瓷薄膜，為開發(fā)高性能固態(tài)安全電池和其他基于薄膜的器件開辟新的機遇。