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MIT研究人员制造新型富锂陶瓷电解质 更安全

文章作者:www.hg-tex.com发布时间:2019-09-04浏览次数:1132

麻省理工学院的研究人员使新型富锂陶瓷电解质更安全

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麻省理工学院官方网站)

燃气电池锂电池通常使用由液体和聚合物的混合物组成的电解质。暴露在空气中时,可能会引起火灾。固态电池受到工业界的高度尊重,用于用更安全的固体材料代替锂电池中常用的液态聚合物电解质。据国外媒体报道,麻省理工学院(MIT)的研究人员开发出一种新的脉冲激光沉积技术,用于制造更薄的锂电解质,并且热量更少,并希望创造一种具有更快充电和更高充电的固态锂离子电池。电压。该方法可以使固态电池的正空间在未来更大并且降低处理温度。

这种新型固体电解质电池加工技术的关键是活性电解质含锂石榴石组分层(Li6.25Al0.25La3Zr2O12或LLZO)与氮化锂(Li3N)层交替。首先,在约300℃的脉冲激光沉积期间,这些层像饼干一样叠加。然后,将其加热至660℃,然后缓慢冷却,这一过程称为退火。在退火过程中,几乎所有氮原子都被燃烧成气体,原始氮化物层中的锂原子熔化到含锂石榴石中,形成单个富锂陶瓷膜。石榴石薄膜中的额外锂含量使材料保持立方结构,允许带正电荷的锂离子在电解质中快速移动。

使用其他方法生产富锂陶瓷材料,例如通过烧结工艺加热,也可以产生致密的微结构,其保持高锂浓度但需要更高的热量,这导致材料尺寸过大。相比之下,麻省理工学院副教授珍妮弗鲁普和她的学生开创了可以生产约330纳米厚的薄膜的新技术。 Jennifer Rupp说:“我们为电池添加更安全的材料。新的陶瓷材料将电解质占用的空间减少了100倍。通常,使用薄膜电解质而不是厚陶瓷材料可以制造电池更大的电极空间,增强了有源存储容量。固态电池不需要大电解质。“

新的多层沉积技术生产出一种称为锂石榴石(LLZO)的材料,其离子电导率最快,约为2.9 x 10-5 S cm-1。在退火过程中,膜中的晶体结构从无序或无定形到完全结晶的高导电相发展。通过这种方式,研究人员可以了解并观察晶相,从而提高离子电导率。

制造固态电池的挑战之一是制造这种材料。难以降低制造成本并保持现有电解质锂离子电池的成本。其中一个主要原因是需要在高温下处理陶瓷固体电解质。在正常情况下,仅在高温环境中可以实现足够的固态扩散,以混合陶瓷电解质的组成原子。本研究中提出的新方法通过将锂层插入纳米结构并将石榴石基固态电池的处理温度降低几百度至一半以上来有效地克服了这一障碍。

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来源: Gasgoo

麻省理工学院的研究人员使新型富锂陶瓷电解质更安全

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麻省理工学院官方网站)

燃气电池锂电池通常使用由液体和聚合物的混合物组成的电解质。暴露在空气中时,可能会引起火灾。固态电池受到工业界的高度尊重,用于用更安全的固体材料代替锂电池中常用的液态聚合物电解质。据国外媒体报道,麻省理工学院(MIT)的研究人员开发出一种新的脉冲激光沉积技术,用于制造更薄的锂电解质,并且热量更少,并希望创造一种具有更快充电和更高充电的固态锂离子电池。电压。该方法可以使固态电池的正空间在未来更大并且降低处理温度。

这种新型固体电解质电池加工技术的关键是活性电解质含锂石榴石组分层(Li6.25Al0.25La3Zr2O12或LLZO)与氮化锂(Li3N)层交替。首先,在约300℃的脉冲激光沉积期间,这些层像饼干一样叠加。然后,将其加热至660℃,然后缓慢冷却,这一过程称为退火。在退火过程中,几乎所有氮原子都被燃烧成气体,原始氮化物层中的锂原子熔化到含锂石榴石中,形成单个富锂陶瓷膜。石榴石薄膜中的额外锂含量使材料保持立方结构,允许带正电荷的锂离子在电解质中快速移动。

使用其他方法生产富锂陶瓷材料,例如通过烧结工艺加热,也可以产生致密的微结构,其保持高锂浓度但需要更高的热量,这导致材料尺寸过大。相比之下,麻省理工学院副教授珍妮弗鲁普和她的学生开创了可以生产约330纳米厚的薄膜的新技术。 Jennifer Rupp说:“我们为电池添加更安全的材料。新的陶瓷材料将电解质占用的空间减少了100倍。通常,使用薄膜电解质而不是厚陶瓷材料可以制造电池更大的电极空间,增强了有源存储容量。固态电池不需要大电解质。“

新的多层沉积技术生产出一种称为锂石榴石(LLZO)的材料,其离子电导率最快,约为2.9 x 10-5 S cm-1。在退火过程中,膜中的晶体结构从无序或无定形到完全结晶的高导电相发展。通过这种方式,研究人员可以了解并观察晶相,从而提高离子电导率。

制造固态电池的挑战之一是制造这种材料。难以降低制造成本并保持现有电解质锂离子电池的成本。其中一个主要原因是需要在高温下处理陶瓷固体电解质。在正常情况下,仅在高温环境中可以实现足够的固态扩散,以混合陶瓷电解质的组成原子。本研究中提出的新方法通过将锂层插入纳米结构并将石榴石基固态电池的处理温度降低几百度至一半以上来有效地克服了这一障碍。

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