鋰電池通常使用混合有液體和聚合物的電解液，暴露在空氣中可能會(huì )引起火災。固態(tài)電池受到業(yè)界的高度重視，因為它們使用更安全的固體材料，而不是鋰電池中常用的液態(tài)聚合物電解質(zhì)。據外媒報道，美國麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型脈沖激光沉積技術(shù)，以更少的熱量生產(chǎn)更薄的鋰電解質(zhì)，有望構建出充電速度更快、電壓更高的固態(tài)鋰離子電池。這種方法可以使未來(lái)固態(tài)電池的陽(yáng)極空間更大，降低加工溫度。

這種固態(tài)電池電解液加工新技術(shù)的關(guān)鍵在于活性電解液中氮化鋰(Li3N)層和鋰石榴石層(Li25Al0.25La3Zr2O12或LLZO)的交替出現。首先，在300左右的脈沖激光沉積過(guò)程中，這些層像餅干一樣堆疊。然后，將其加熱至660，然后緩慢冷卻。這個(gè)過(guò)程叫做退火。在退火過(guò)程中，幾乎所有的氮原子都燃燒成氣體，原始氮化物層中的鋰原子熔合到含鋰石榴石中，形成單一的富鋰陶瓷膜。石榴石薄膜中額外的鋰含量保持了材料的立方結構，使得帶正電的鋰離子在電解液中快速移動(dòng)。

用其他方法生產(chǎn)富鋰陶瓷材料，如燒結法加熱，也可以產(chǎn)生致密的微觀(guān)結構，保持較高的鋰濃度，但需要較高的熱量，導致材料體積過(guò)大。相比之下，這項由麻省理工學(xué)院副教授珍妮弗魯普開(kāi)創(chuàng )的新技術(shù)，她的學(xué)生可以制作330納米厚的薄膜。詹妮弗魯普說(shuō)：“我們在電池中加入了更安全的材料，新的陶瓷材料將電解液占據的空間減少了100倍。一般來(lái)說(shuō)，用薄膜電解質(zhì)代替厚陶瓷材料可以使電池具有更大的電極空間，提高活性存儲容量。固態(tài)電池不需要太多電解質(zhì)?！?

新的多層沉積技術(shù)產(chǎn)生了一種叫做含鋰石榴石(LLZO)的材料，其離子電導率是迄今為止鋰基電解質(zhì)化合物中最快的，約為9 x 10-5 S cm-1。在退火過(guò)程中，薄膜的晶體結構從無(wú)序或無(wú)定形發(fā)展到完全結晶和高導電相。這樣，研究人員可以了解和觀(guān)察晶體相，從而提高離子電導率。

生產(chǎn)固態(tài)電池的挑戰之一是制造這種材料。很難降低制造成本并使其與現有電解質(zhì)鋰離子電池的成本相等。主要原因之一是陶瓷固體電解質(zhì)需要高溫處理。通常，只有在高溫環(huán)境下，才能實(shí)現充分的固體擴散，以混合陶瓷電解質(zhì)的組成原子。本研究提出的新方法，通過(guò)在納米結構中插入鋰層，將石榴石基固態(tài)電池的加工溫度降低了數百度至一半以上，有效克服了這一障礙。

在驗證了含鋰石榴石電極的高導電性和新技術(shù)后，研究人員將在實(shí)際電池中測試該材料，并討論該材料如何與電池正極反應及其穩定性。麻省理工學(xué)院和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(ETH)聯(lián)合申請了兩項加工多層含鋰石榴石/氮化鋰的專(zhuān)利。新的加工方法可以精確控制材料中的鋰濃度，也可以應用于其他氧化鋰薄膜，如電池電極應用中的鈦酸鋰和鈷酸鋰。

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