新型超薄三层陶瓷电解质 提高固态电池安全性和充电速度

多年来，专家们一直将固态电池视为理想的下一代电动汽车电池技术。这种电池采用的是固态电解质，而不是易燃液体电解质，比目前的锂离子电池更加安全。而且，固态电池用锂金属负极取代石墨负极，所以寿命更长，重量更轻，可以达到10倍的能量密度。现在，福特、现代、日产、丰田和大众等公司纷纷投资研究固态电池。 据外媒报道，Ion Storage Systems公司推出坚固、致密的陶瓷电解质。这种电解质只有10微米厚，与目前锂离子电池中使用的塑料隔板厚度相同；并且与当前的液体电解质一样，可以传导锂离子。
该公司首席执行官Eric Wachsman称，它克服了固态电池的两个关键问题：电解质电阻高和载流量低。 此类电解质共分三层，中间一层是薄且致密的氧化锂陶瓷（化学式为Li7La3Zr2O12），两侧是稍厚一点的多孔陶瓷层。多孔陶瓷层上的超薄氧化铝涂层，有助于进一步降低电阻。 致密的中间层可以增加强度，防止陶瓷破碎；而且能够防止产生锂枝晶，让电池更加安全。另外，多孔氧化铝涂层允许锂离子快速进入电解质。现在，锂离子电池中所产生的锂枝晶，能够刺穿薄薄的塑料隔板，造成短路风险。 Wachsman表示：“独特的结构和界面处理方式，有利于降低电阻。
高电阻一直是固态电池的难题。”因为锂离子在电极和电解质之间传输顺畅，所以，电池的电流密度高达10mA/Cm2。而且，在几乎不产生枝晶的情况下，电池可以实现快速充电，“大约需要5到10分钟。对固体电解质来说，这是前所未有的。”另外，该公司原型电池的能量密度约为300Wh/kg。目前，商用锂离子电池的最大能量密度为250wh /kg。 Wachsman和马里兰大学能源创新研究所（University of Maryland Energy Innovation Institute）的研究人员，利用名为流延成型（tape casting）的传统陶瓷制造技术，构建电解质结构，并进行高温烧结。研究团队之所以选择氧化物基陶瓷，而不是硫化物基陶瓷或玻璃、塑料电解质，是因为在最大电压范围内，氧化物运行状况良好，而且可以与锂金属负极和各类正极兼容。 目前，该公司正在其试点生产线上生产原型电池，现在已有几家客户有意合作。Wachsman称，如果进行大规模商业化生产，电池的成本能满足美国能源部$100/kWh的要求。