宾夕法尼亚州立大学利用冷烧结实现多材料集成 以生产更好的固态电池

与传统电池相比，固态电池具有更高的能源潜力和更安全的性能，是推动电动汽车发展的关键。据外媒报道，宾夕法尼亚州立大学的研究人员提出了一种改进的固态电池生产方法，通过冷烧结将多种材料集成在一起，以获得更好的电池。

该团队在相对较低的温度下对陶瓷固体电解质进行了冷烧结。对于碳和活性材料，传统烧结过程中的过高温度会导致材料退化。研究人员将陶瓷固体电解质的烧结温度从通常的1200℃降低到400℃以下，使固体电解质能够与电池中的其他组件（如活性材料和电极）集成，并将界面冷烧结在一起。

材料科学博士生、这项研究的主要作者赞恩·格雷迪表示，解决这个问题是目前科学界最热门的话题之一。这表明使用陶瓷制造固态电池是可能的。在使用低温烧结方法之前，人们认为陶瓷在低温环境中的密度或导电性必须受到影响。这打开了固态电池材料之间协作处理的整个窗口，这是任何其他陶瓷处理方法都无法实现的

固态电池电解质由陶瓷、聚合物、聚合物基复合材料或柔软的非晶材料制成。陶瓷作为一种离子导体和固体电解质，被认为是最好的材料之一。在之前的一项研究中，该团队演示了如何在150℃以下的低温烧结条件下制造多层固态锂离子电池。研究人员使用导电盐来获得适当的电化学性能，然而，这会削弱一些导电性和安全性能。该团队证明，由磷酸锆硅酸钠组成的固体电解质可以通过使用更活性的固体氢氧化钠瞬态溶剂而不是液体瞬态溶剂在略高的温度下冷烧结。在这种情况下，在不使用任何额外的导电盐的情况下制备导电陶瓷固体电解质。

在目前的研究中，该团队展示了一种制造固态电池混合导电电极的新方法。该团队使用了NASICON正极陶瓷粉末，该粉末通过瞬态溶剂致密成陶瓷复合颗粒，并使用卡佛压片机对粉末施加必要的压力，在375℃下加热3小时。

该团队的下一步将是对这种固态电池的冷烧结工艺进行微调。格雷迪说， “研究人员认为，有可能真正探索冷烧结电解质的成分，并研究陶瓷混合导电性与成分之间的关系。这可以充分优化活性材料，同时获得在适当温度下运行电池所需的导电性。另一方面，研究人员也在探索层状结构或者所有东西的混合，包括正极中的固体电解质

研究人员还将探索一些额外的问题，例如如何将正极和电解质堆叠在一起，而不会在界面处造成离子瓶颈；以及可以生产出多薄的电解质。

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