东京科技大学开发准固体电解质 以实现更安全、更环保的锂离子电池

盖世汽车讯 3D-SLISE是由东京科学大学（Institute of Science Tokyo）开发的一种准固态电解质，能够在常温常压下制造出安全、快速充放电的2.35 V锂离子电池。该技术采用不含易燃有机溶剂的原材料，节能高效，无需干燥室或高温处理。此外，它还允许通过水分散直接回收活性物质，确保电池生产采用可持续、可回收的方式。

图片来源： 东京科学大学

在当今便携式电源和清洁能源时代，锂离子电池是现代科技的支柱，为从智能手机到电动汽车等各种设备提供动力。随着锂离子电池需求的持续增长，人们对其安全性、环境影响和可回收性的担忧也日益加深。大多数依赖易燃有机溶剂的锂离子电池制造成本高昂，并且需要复杂的回收流程。这些问题不仅推高了成本，还带来了严重的安全和环境风险，凸显了对更安全、更清洁替代品的需求。

据外媒报道，为了应对这一挑战，日本东京科学大学的研究团队在特聘教授Yosuke Shiratori和零碳能源研究所副教授Shintaro Yasui的带领下，开发了一种名为“3D-Slime界面准固体电解质”（3D-SLISE）的新型准固体电解质，有望彻底改变电池制造工艺。该电解质采用简单的硼酸盐-水基质，可在标准空气条件下生产2.35 V锂离子电池。

该研究的详细结果已于2025年7月9日发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。Shiratori表示：“我们的目标是创造一种不仅性能卓越，而且安全且易于生产的电池系统。3D-SLISE无需干燥室、手套箱或高温处理，提供了一种可持续的节能方法。”

3D-SLISE是将非晶态四硼酸锂（a-Li₂B₄O₇）与锂盐（LiFSI）、羧甲基纤维素和水混合制成的。这种混合液形成了一种黏液状界面，从而实现了3D离子传导，使锂离子能够在基质内向各个方向移动。

根据具体应用，研究人员分别制备了两种3D-SLISE浆料：E型和S型。E型浆料用于制作电极，其与活性电极材料混合，包括用于正极的钴酸锂（LiCoO₂）和用于负极的钛酸锂（Li₄Ti₅O₁₂）。S型浆料用作电池组件中夹在电极之间的准固态电解质层。

值得注意的是，这些浆料在室温下自然干燥，非常适合工业生产。当以与标准全固态电池相同的方式集成3D-SLISE时，所得电池在1C倍率条件下的电池电压为2.35 V，并在正常室温条件下以3C倍率进行超过400次充放电循环。这意味着该电池仅需1/3小时（约20分钟）即可完成充电或放电。

此外，准固态电解质实现了2.5 milli-siemens /厘米的高离子电导率和0.25电子伏特的低活化能，这表明该电池可在室温下高效运行。这些结果与先进的水性体系中取得的结果相当。

3D-SLISE技术不仅性能卓越，更带来了直接回收利用的额外优势。由于电解液以水为基体，不含聚偏氟乙烯等粘合剂，因此只需从废旧电池中剥离电极并浸泡在水中，即可回收活性物质，无需任何苛刻的处理。这有助于从缺陷电池或废旧电池中直接回收高价值材料，从而解决材料短缺和回收效率低下的问题。

Yasui指出：“利用这项技术，可以直接回收钴等宝贵元素，从而促进关键电池材料更可持续、更可靠的供应。”

这项研究标志着可持续电池领域的一个重要里程碑。展望未来，3D-SLISE可应用于从便携式电子设备到固定式储能等各种技术领域。3D-SLISE凭借其独特的安全性、可回收性和低影响加工工艺，有助于降低电池生产成本，同时最大限度地减少环境危害，从而更接近循环电池经济。