鋰離子(Li-ion)電池廣泛用于便攜式電子設(shè)備，電動(dòng)汽車和電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)中。然而，由于傳統(tǒng)的有機(jī)電解質(zhì)在許多情況下會(huì)引起火災(zāi)和爆炸，因此鋰離子電池的安全性在過(guò)去幾年中屢屢受到質(zhì)疑。陶瓷固態(tài)電解質(zhì)(SSE)薄膜有望通過(guò)阻止導(dǎo)致短路和熱失控的鋰枝晶，為解決安全問(wèn)題提供一種可行的解決方案，同時(shí)為下一代鋰離子電池提供高能量密度。然而，當(dāng)前的SSE薄膜具有低的離子電導(dǎo)率，范圍為10 -8至10 -5 S / cm，這可歸因于較差的材料質(zhì)量。

馬里蘭大學(xué)A. James Clark工程學(xué)院的胡良兵領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近開發(fā)了一種印刷和燒結(jié)各種SSE薄膜的新方法。這項(xiàng)名為“可打印的高性能固態(tài)電解質(zhì)膜”的工作于2020年11月18日在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表。該團(tuán)隊(duì)將該方法命名為“印刷和輻射加熱”(PRH)，該方法具有基于溶液的可印刷技術(shù)，然后進(jìn)行快速燒結(jié)。

在典型的過(guò)程中，將前體懸浮液印刷在可以調(diào)節(jié)濃度和厚度的基材上。快速(?3 s)高溫(?1500°C)燒結(jié)后，即可獲得高質(zhì)量和高性能的SSE薄膜，從而確保了最小的Li損失和高結(jié)晶度。這種方法不僅導(dǎo)致SSE薄膜具有致密且均勻的微觀結(jié)構(gòu)，而且還確保了優(yōu)異的離子傳導(dǎo)性。值得注意的是，從前體到最終產(chǎn)品的制造過(guò)程僅需約5分鐘，比傳統(tǒng)方法快約100倍。

在概念驗(yàn)證的演示中，該團(tuán)隊(duì)展示了一種基于石榴石的SSE印刷薄膜，該薄膜具有高達(dá)1 mS / cm的高離子電導(dǎo)率和出色的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，PRH方法還可以實(shí)現(xiàn)許多其他設(shè)計(jì)，例如復(fù)雜的多層組裝，并且在合成過(guò)程中不會(huì)發(fā)生交叉污染。它也可以擴(kuò)展到制備其他陶瓷薄膜，這為開發(fā)安全，高性能的固態(tài)電池和其他基于薄膜的設(shè)備開辟了新的機(jī)遇。