适用于下一代电池的可打印高性能固态电解质膜

锂离子(Li-ion)电池广泛用于便携式电子设备，电动汽车和电网规模的储能系统中。然而，由于传统的有机电解质在许多情况下会引起火灾和爆炸，因此锂离子电池的安全性在过去几年中屡屡受到质疑。陶瓷固态电解质(SSE)薄膜有望通过阻止导致短路和热失控的锂枝晶，为解决安全问题提供一种可行的解决方案，同时为下一代锂离子电池提供高能量密度。然而，当前的SSE薄膜具有低的离子电导率，范围为10 -8至10 -5 S / cm，这可归因于较差的材料质量。

马里兰大学A. James Clark工程学院的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。这项名为“可打印的高性能固态电解质膜”的工作于2020年11月18日在《科学进展》上发表。该团队将该方法命名为“印刷和辐射加热”(PRH)，该方法具有基于溶液的可印刷技术，然后进行快速烧结。

在典型的过程中，将前体悬浮液印刷在可以调节浓度和厚度的基材上。快速(〜3 s)高温(〜1500°C)烧结后，即可获得高质量和高性能的SSE薄膜，从而确保了最小的Li损失和高结晶度。这种方法不仅导致SSE薄膜具有致密且均匀的微观结构，而且还确保了优异的离子传导性。值得注意的是，从前体到最终产品的制造过程仅需约5分钟，比传统方法快约100倍。

在概念验证的演示中，该团队展示了一种基于石榴石的SSE印刷薄膜，该薄膜具有高达1 mS / cm的高离子电导率和出色的循环稳定性。此外，PRH方法还可以实现许多其他设计，例如复杂的多层组装，并且在合成过程中不会发生交叉污染。它也可以扩展到制备其他陶瓷薄膜，这为开发安全，高性能的固态电池和其他基于薄膜的设备开辟了新的机遇。