鋰離子電池被廣泛應用于便攜式電子設備、電動汽車和電網儲能系統，但傳統鋰電池的電解液為有機液體，容易引發火災和爆炸。相比之下，采用陶瓷固態電解質（SSE）薄膜，可以阻止鋰枝晶生長，避免因熱失控造成短路，從而提供可行性安全解決方案，同時提升能量密度，推動下一代鋰離子電池發展。然而，由于材料質量差，目前使用的SSE薄膜的離子電導率較低，大約在10-8到10-5S/cm之間。



據外媒報道，由馬里蘭大學A.詹姆斯·克拉克工程學院（A. James Clark School of Engineering）的Liangbing Hu領導的研究小組，最近開發了一種打印和燒結各種SSE薄膜的新方法。該團隊將這種方法命名為“打印和輻射加熱”(PRH)，其特點是利用一種基于溶液的可打印技術，并快速進行燒結。

在典型工藝中，前體懸浮液被打印在基板上，并且可以調節濃度和厚度。接著，在1500°C左右的環境下，經過大約3秒的快速高溫燒結，可以獲得性能和品質都很優異的SSE薄膜，從而使鋰損耗達到最小化，并實現高結晶度。采用這種方法，不僅可以使SSE薄膜具有致密、均勻的微結構，而且能夠實現良好的離子導電性。值得一提的是，只需大約5分鐘，即可完成從先體到最終產品的制造過程，比傳統方法快約100倍。

該團隊在概念驗證演示中展示一種基于石榴石的打印SSE薄膜，具有高達1ms/cm的高離子導電率和出色的循環穩定性。

這種方法還可以應用于其他多種設計，比如復雜的多層組裝，避免在合成過程中發生交叉污染；此外，還可用于制備其他陶瓷薄膜，為開發高性能固態安全電池和其他基于薄膜的器件開辟新的機遇。