马里兰大学开发可打印固态电解质薄膜 推动下一代锂离子电池发展

锂离子电池被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网储能系统，但传统锂电池的电解液为有机液体，容易引发火灾和爆炸。相比之下，采用陶瓷固态电解质（SSE）薄膜，可以阻止锂枝晶生长，避免因热失控造成短路，从而提供可行性安全解决方案，同时提升能量密度，推动下一代锂离子电池发展。然而，由于材料质量差，目前使用的SSE薄膜的离子电导率较低，大约在10-8到10-5S/cm之间。

（图片来源：umd）

据外媒报道，由马里兰大学A.詹姆斯·克拉克工程学院（A. James Clark School of Engineering）的Liangbing Hu领导的研究小组，最近开发了一种打印和烧结各种SSE薄膜的新方法。该团队将这种方法命名为“打印和辐射加热”(PRH)，其特点是利用一种基于溶液的可打印技术，并快速进行烧结。

在典型工艺中，前体悬浮液被打印在基板上，并且可以调节浓度和厚度。接着，在1500°C左右的环境下，经过大约3秒的快速高温烧结，可以获得性能和品质都很优异的SSE薄膜，从而使锂损耗达到最小化，并实现高结晶度。采用这种方法，不仅可以使SSE薄膜具有致密、均匀的微结构，而且能够实现良好的离子导电性。值得一提的是，只需大约5分钟，即可完成从先体到最终产品的制造过程，比传统方法快约100倍。

该团队在概念验证演示中展示一种基于石榴石的打印SSE薄膜，具有高达1ms/cm的高离子导电率和出色的循环稳定性。

这种方法还可以应用于其他多种设计，比如复杂的多层组装，避免在合成过程中发生交叉污染；此外，还可用于制备其他陶瓷薄膜，为开发高性能固态安全电池和其他基于薄膜的器件开辟新的机遇。