比起易燃的有機(jī)電解液，固態(tài)無(wú)機(jī)電解質(zhì)本身不易燃；而且，用鋰金屬代替石墨作為負(fù)極，可使電池的能量密度大幅提升（高達(dá)10倍）。因此，固態(tài)電池有望成為電動(dòng)汽車(chē)的突破性技術(shù)。然而，要將固態(tài)電池推向市場(chǎng)，仍面臨很大的問(wèn)題，即如何制造出既堅(jiān)固耐用又足夠薄的電解質(zhì)，來(lái)作為良好的離子導(dǎo)體。在理想情況下，這些電解質(zhì)應(yīng)該只有幾十微米厚，類(lèi)似于今天鋰離子電池的隔板，但是大多數(shù)固體電解質(zhì)采用的是陶瓷材料，如果做得太薄，很容易破碎。
據(jù)外媒報(bào)道，加州大學(xué)圣地亞哥分校材料科學(xué)家Ping Liu，以及馬里蘭大學(xué)和加州初創(chuàng)公司Liox Power研究人員，開(kāi)發(fā)了一種制造固態(tài)電池電解質(zhì)的新技術(shù)。在制造過(guò)程中，通過(guò)對(duì)溶液進(jìn)行干燥，形成離子導(dǎo)電復(fù)合材料，這種材料可同時(shí)作為電解質(zhì)和正極涂層。
該電解質(zhì)溶液是一種含有β-硫代磷酸鋰（β-Li3PS4）的硫化物基材料。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多種方式來(lái)合成這種材料，包括使用不同的親核試劑、溶劑和機(jī)械支持物，但最關(guān)鍵的起始成分總是硫化鋰（Li2S）和硫化磷（P2S5）。所產(chǎn)生的β-Li3PS4溶液很清澈，在干燥時(shí)形成非常均勻的電解質(zhì)層，可以直接沉積在硫化鋰正極上。Liu說(shuō)：“我們通過(guò)連續(xù)的過(guò)程來(lái)制造電池，而不需要分別制造單獨(dú)的層體，所以，不必費(fèi)力處理非常薄的材料。”
傳統(tǒng)鋰離子電池和固態(tài)電池制造技術(shù)，通常是將單層電解質(zhì)堆疊組合在一起。這種能源密集型技術(shù)，需要用球磨機(jī)混合粉末與粘合劑，然后將其鑄造成板材，再通過(guò)高溫和高壓平臺(tái)，進(jìn)行燒結(jié)或壓制。Liu的方法解決了這些問(wèn)題。另外，研究人員對(duì)β-Li3PS4溶液進(jìn)行調(diào)整，以防止枝晶生長(zhǎng)，從而打造更安全的電池。
鋰枝晶的形成，是由于電場(chǎng)不均勻、表面化學(xué)或其他原因，導(dǎo)致鋰離子在負(fù)極表面發(fā)生不均勻沉積，從而形成針狀突起。如果任由枝晶形成，就會(huì)引起火災(zāi)。CSIRO的Best稱：“負(fù)極上長(zhǎng)出來(lái)的枝晶，與正極接觸，會(huì)引起局部過(guò)熱，溫度可能高達(dá)1500到2000攝氏度?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的電解質(zhì)，可與枝晶自發(fā)反應(yīng)，形成惰性產(chǎn)物，有助于防止電池短路。Liu說(shuō)：“這與傷口上長(zhǎng)疤的過(guò)程非常相似。因此，我們稱它為一種自我愈合和自我形成的機(jī)制?！?
目前為止，研究人員已經(jīng)為這種獨(dú)特的電解質(zhì)制造技術(shù)申請(qǐng)了五項(xiàng)專利。研究團(tuán)隊(duì)希望，在未來(lái)兩至三年內(nèi)，以每千瓦時(shí)低于100美元的成本，制造出容量為2Ah的固態(tài)電池工作原型，接近今天大多數(shù)智能手機(jī)電池的容量，進(jìn)一步推進(jìn)固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程。
