固态电池
Contents in this article

固态电池介绍

在电池中,正离子通过离子导体在负极和正极之间移动并传递电子以产生电流。 在传统的电池例如锂离子电池中,离子导体是一种高度易燃的液体有机化合物,这是一个明显的缺点。 各种研发过程采用合成多种化合物,寻找高性能固体导体来替代液体导体。 研究人员发现了一种超越传统锂离子导体性能的固态离子导体。 例如:LGPS 硫化物固体电解质(LGPS:锂、锗、磷、硫)

什么是固态电池? 这种技术方法具有更高的安全性、更高的能量密度和成本效益。 固态电池是消费电子产品和电动汽车电池技术的未来。 正极、负极、隔膜和电解液构成了锂离子电池。 液态电解质溶液用于液态电池(锂离子电池),应用于智能手机、电动工具和电动汽车。 另一方面,固态电池使用固体电解质,而不是传统电池中使用的液体电解质。

电池中的电解质是一种导电的化学混合物,它允许电流在阳极和阴极之间通过。 隔板避免短路。 固态电池是具有阳极、阴极和电解质的电化学电池,与任何其他电池非常相似。 与铅酸电池不同,电极和电解质是固体。

市售的锂离子电池有一个隔板,通过液体电解质溶液将阴极和阳极隔开。 另一方面,固态电池使用固体电解质而不是液体电解质溶液,并且固体电解质还充当隔膜。 这些电池对于提高固态电动汽车电池的容量至关重要并且非常需要。 它们是易燃的,爆炸的机会可以忽略不计。 固态电池的一个例子是磷酸锂玻璃。 这些电池的能量密度很高。

固态电池的能量容量大于使用液体电解质溶液的锂离子电池的能量容量。 由于没有爆炸或火灾的可能性,因此不需要安全组件,从而节省了空间。 与锂离子电池相比,这种电池可以容纳两倍的能量,从而提高它们的功率。 由于只需要几块电池,固态电池可以提高单位面积的能量密度。

固态电池技术

SSB主要关注以下特点:

更高的能量密度:

  • 更低的成本:使用更便宜的材料和具有成本效益的工艺以及高能量密度。
  • 更高的安全性:耐过充、耐深充
  • 对稀缺材料的依赖性较低:地质依赖性较低,替代锂、钴等材料。
  • 对环境影响更低:无有毒物质、无重金属、无危险化学品、环保生产、材料易于处理或回收。
  • 其他:深度放电能力、快速充电或放电能力。

固态电解质是固态电池的关键组成部分。 固态电解质材料主要分为三种类型。

无机材料:无机结晶材料、无机非晶材料。 由于无机电解质具有高弹性模量、强热/化学稳定性、大电化学窗口、高离子电导率和低电子电导率,因此这些电解质更适合可在恶劣环境中工作的刚性电池设计。

固体聚合物:例如:聚环氧乙烷。 尽管聚合物电解质的离子电导率低于无机固体电解质,但它们可以提供多种几何形状、高柔韧性,并且需要低成本和简化的生产工艺。 在集成电池单元时,固体聚合物电解质可以轻松创建有效的电极-电解质链接,从而提高电池的电化学稳定性和循环寿命。 传统的锂离子电池使用液体电解质,它通常与电极接触良好。

由于其纹理表面,电极像海绵一样吸收液体,从而产生大的接触面积。 理论上,两个实体不能无缝连接。 结果,电极和电解质之间的电阻很高。 固体电解质充当磷酸盐电极的稳定载体介质,磷酸盐电极在两侧均被丝网印刷。 与传统锂离子电池不同,新型固态电池完全不含有毒或有害物质。

无机材料和高分子材料相结合,发挥了两种材料的优势。 这些电解质显示出高离子电导率并且相对灵活。

固体电解质的机械、电学和化学性质,以及它们与阳极和阴极电极的界面/界面,对固态电池的效率有重大影响。

固态电池的基本问题,重点关注三个基本现象:

(i) 生产先进离子导体的原理,

(ii) 化学不稳定的电解质-电极界面的结构进展,以及

(iii) 处理固态电池的影响,包括电极和电解质结构。 固态电解质 (SSE) 不仅可以解决安全问题,还可以使用金属阳极和高压操作。

固态电池 (SSB) 是下一代电池的最佳解决方案之一,因为固态电解质具有更高的热稳定性。 此外,无机固体电解质可能会在极端温度下发挥作用,例如在 50 至 200°C 甚至更高的温度下,有机电解质会因冻结、沸腾或分解而失效。

为了在使用全固态电解质时实现预期的电化学输出,需要考虑四个独特的功能。 这些特征包括:

(i) 高离子电导率(+Li> 104 秒/厘米);

(ii) 足够的机械强度和很少的结构缺陷以防止锂枝晶渗透;

(iii) 原料成本低,制备工艺简单;和

(iv) 锂离子扩散的低活化能。

固态电池优势

  • 结构简单:固体电解质作为隔板,防止正负极接触,从而提高能量密度,避免隔板成本。
  • 高电压:固体电解质分解率高,从而导致高能量密度。
  • 不可燃固体电解质。
  • 电解液是阻燃的。
  • 没有电解液泄漏的风险。
  • 可以在更高的工作温度下使用,从而导致更大的工作温度范围。
  • 电池堆叠在一个包装中的可能性。
  • 简单的电芯结构和简单的制造成本使固态电池具有成本效益。
  • 固态电池的充电速度比液态电池快 6 倍。
  • 固态电池的使用寿命最长可达 10 年。
固态电池

固态电池的缺点

  • 除了成本之外,枝晶是固态电池最严重的问题。 枝晶是一种锂金属结晶,从阳极开始,可以扩散到整个电池。 由于高电流充电和放电,固体电解质中的离子与电子结合形成固体锂金属片。
  • 这些电池并没有广泛用于消费电子产品和电动汽车,因为它们非常昂贵。 由于以下原因,固态电池表现出较慢的动力学:
  • 低离子电导率
  • 高界面电阻
  • 界面接触不良

固态电池是如何工作的?

如前所述,固态电池使用具有固体正负极材料的固体电解质膜。 在充电或放电过程中,离子迁移到离子导电的固体基质中,而不是溶解在溶液中的离子盐,从而发生充电或放电反应。 氧化还原反应用于在固态电池中储存和分配能量。 阳极发生氧化,阴极发生还原,电池可以利用这种现象根据需要储存(充电)和释放(放电)能量。

在释放能量时,离子会引起电池材料之间的化学反应,称为“氧化还原”,其中阳极发生氧化以产生带有自由电子的化合物,提供电能,而阴极发生还原以产生获得电子和因此保留权力。 当电池充电时,该机制是相反的。 当固态电池(阴极)放电时,带正电的离子通过电解质从负极(阳极)到达正极(阴极)。 这会导致阴极产生正电荷并从阳极吸收电子。

然而,由于电子不能通过电解质,它们必须通过电路移动,为它所连接的任何东西(例如电动机)供电。 在充电过程中,离子迁移到阳极,积累电荷,通过电路从阴极吸收电子。 当没有更多的离子可以流向负极时,电池被认为已完全充电。 固态电池需要在其层内使用不同的添加剂和粘合剂,以在循环过程中保持高导电性。 材料还必须保持在压力下以在充电和放电期间保持接触。 材料在充电和放电循环期间的正常膨胀和收缩增加了保持牢固接触的难度。

如果膨胀和收缩随着时间的推移削弱了结合,则电池的循环寿命和输出可能会受到损害。 与锂离子电池相比,固态电池还简化了连接单个电池的电池组级别。 固态电池不需要太多的热控制,因为它们的效率会随着温度的升高而提高。

整体充电和放电速率以及固体电解质的离子电导率随着温度升高而增加。 因此,固态电池的最终工作温度仅受锂的熔点限制,即 180°C。 此外,由于没有易燃的锂离子液体电解质,因此消除了对灾难性电池或电池组故障的设计担忧。 锂金属基固态电池应用作锂离子电池的替代品,因为与锂(0.20 V)相比,典型锂离子电池中使用的石墨阳极具有较低的电位,可在同等电压和性能的情况下提供更大的体积能量密度.

有固态电池吗?

起搏器、RFID 和便携式设备使用固态电池。 其中一些电池正在太空应用中使用。 固态电池在 EV/HEV 汽车市场的商业化途径。 引入固态电池不仅仅是开发合适的固态电解质,还要考虑以下特性:

  • 确保材料供应和销售。
  • 电池和电池组制造设备和开发。

尽管经过多年的发展,许多玩家仍未成功将固态电池推向市场。 在室温下,离子电解质通常比液体电解质低几个数量级。 这是固态电池商业化的主要障碍之一。 虽然固态电池的概念已经存在了几十年,但现在才取得进展,这要归功于电子公司、汽车制造商和一般工业供应商的投资。

为什么固态电池更好?

固态电池与充液电池相比具有多项优势,包括更长的电池寿命、更快的充电时间和更流畅的体验。 固态电池不是将电极悬浮在液体电解质中,而是将阳极、阴极和电解质压缩成三个平坦的层。 因此,它们可以做得更小——或者至少强调仍然携带与更大的溶剂电池相同的能量。

因此,当手机或笔记本电脑具有相同容量的固态电池的锂离子或锂聚合物电池时,它的使用寿命会更长。 创建了一个携带相同数量电荷但更小更薄的系统。 固态电池,当用于为当前设备甚至电动汽车供电时,电池可以更快地充电,因为离子可以更快地从阴极移动到阳极。 固态电池可以在容量方面表现出 500% 或更多的各种可充电电池,并在十分之一的时间内充电。 固态电池对环境的危害较小。

与传统电池相比,固态薄膜电池对环境的危害较小。 由于固态电池具有更高的性能和能量密度,它们不需要锂离子电池那样的冷却和控制组件,从而导致整体尺寸更小、设备自由度更高、重量更轻。

由于固态电池能够抵抗由液体电解质中的化学物质引起的电极腐蚀或电解质中固体层的堆积而缩短电池寿命,因此与锂离子电池相比,固态电池可以处理更多的放电和充电循环。 固态电池的充电次数可能是锂离子电池的 7 倍,这使它们能够使用 10 年,而不是锂离子电池本来可以使用的几年。 教育机构、电池制造商和材料专家都在研究固态电池是否可以转化为下一代电源以供广泛使用。

固态电池充电速度更快吗?

一些固体电解质的离子电导率大于 5 mS/cm,并且是单离子导体。 在高电流下,这可以防止在固体电解质中积累极化电阻。 因此,快速充电可能是可行的。 固态电池使用固体材料(通常是聚合物或陶瓷化合物)来代替锂离子电池中的易燃液体电解质。 锂金属阳极已被引入作为传统石墨或硅阳极的替代品。 这种开发固态锂金属电池的努力有可能使能量密度翻倍,同时显着缩短充电时间。

固态电池是如何制造的?

在固态电池中,只有两个主要层,阴极和正极,与固态陶瓷隔膜电接触,取代了聚合物隔膜,取代了传统锂离子电池中的多孔聚合物隔膜。 全固态电解质依赖于超离子导体和优化的界面。

开发良好固态电解质的挑战是克服界面、三相边界,正极、离子和电子必须同时传输,这需要非常间歇的阶段。 在界面上同时实现电子和离子传输并控制界面是一项挑战。

正极电解质的化学稳定性问题和电解质在碳存在下的氧化稳定性问题以及金属离子枝晶问题需要引入受保护的界面。 固体电解质的离子电导率比液体电解质低一个数量级。 优化电解质-电极界面的电阻也很重要。

电池固体电解质面临的挑战:

具有高活性质量的厚复合正极:固态电解质的高离子电导率。 与氧化物的稳定界面和低氧化还原活性与电子导电添加剂。

薄的低质量固体电解质膜应具有良好的机械性能、延展性和动态压力控制。

所有 SSB 电解质都提供了前所未有的高离子电导率和阳极和阴极之间出色稳定性的组合。 阳极的兼容性是其中的关键,因为它在电池层面提供了优于其他传统锂离子电池的主要优势。

固体电解质主要有以下三种:

聚合物电解质:聚合物电解质的优点是电池可加工性。 缺点是对金属的稳定性相对较差,并且在特别低的温度下导电性相对较差。

较低的离子电导率=较低的离子传输=较低的功率。

氧化物电解质:它们具有理想的机械性能,非常坚硬,并且对金属阳极具有化学稳定性。 主要缺点包括使用氧化物电解质腐蚀它们的速度低,并且由于它们需要非常高的温度而难以加工。 它们具有更高的热稳定性、可忽略的电池加工性、对湿气敏感并且在导电性方面适中。 氧化物基电解质通常具有化学稳定性,可与高能阴极材料一起使用。

然而,离子电导率低于硫化物基电解质。

含有钙钛矿的材料(LLTO:锂镧钛氧化物)

在基于氧化物的电解质中,石榴石结构(LLZO,锂镧锆氧化物)以及 NASICON(LAGP:磷酸铝锗锂)令人印象深刻。

硫化物电解质:它们具有介于聚合物和氧化物之间的机械性能。 它们在任何电解质类别中都具有更高的导电性。 所有破纪录的电解质都来自硫化物类材料。 它们具有更高的导电性、更高的电池可加工性和更高的热性能,但对水分敏感。 硫化物基电解质的离子电导率通常更高,但它们的化学稳定性更高。

在室温下,无定形锂锡磷硫化物 (LSPS) 具有非常高的离子电导率。 另一方面,与锂金属的不相容性是一个问题。

决定电解质的材料称为添加剂。添加剂是在阴极和阳极表面形成保护涂层的少量材料。它通过促进锂离子在阴极和阳极之间顺利通过来防止电池退化。

阴极和阳极添加剂是两种类型的添加剂。阴极添加剂通过稳定阴极结构和保护表面来防止电池老化,消除过热和过度充电。阳极添加剂比溶剂溶解得更快,在阳极形成一层坚固的薄膜,从而延长其使用寿命、防止过热并保持电池充电。添加剂在整个系统中发挥着重要作用,可延长其使用寿命、改善高温问题和降低电阻。

隔板是一种薄绝缘膜,具有大约四个特征,可将阴极和阳极分开。 其次,顾名思义,隔膜保护正极和负极不会在电池内接触。

其次,隔膜具有肉眼看不见的亚微米级孔隙,这些孔隙充当锂离子在阴极和阳极之间通过的通道。 由于隔膜具有良好的机械稳定性,拉伸性能将副产物和异物拒之门外,确保安全。 电化学稳定和高绝缘材料可用作隔板。 隔膜应该避免阴极和阳极相互作用,如果它们干扰电池内的锂离子或其他离子,则会导致重大问题。 如果电池的温度超过一定限度,隔膜应该能够通过关闭孔隙并阻止离子移动来确保保护。

最后,SSB 隔板应该足够小,以便将更多的活性材料加入电池中,从而提高能量密度。 为避免损坏并确保保护,它们还应具有高机械功率。

固体电解质要求

固态电池的商业化将需要具有特定性能组合的固体电解质。 要成为合适的液体电解质替代品,固体电解质必须具有大于 0.1 mS/cm 的锂离子电导率。 要么电解质必须对锂还原具有化学稳定性,要么必须形成钝化反应层。 为了降低电池内部电阻,电解质需要形成低电阻界面。

在碱金属界面,与大气反应的基材层、还原的氧化物和不均匀的润湿都会导致显着的界面电阻,创建低电阻界面增加了复杂性。电解液必须具有足够的强度和断裂韧性,以避免扩散锂丝通过电解液。在阳极和阴极电位下,电解质必须稳定。

固体电解质形式

由于聚合物固体电解质的离子电导率较低,它们通常在较高温度(60°C–80°C)下使用以获得更高离子传输的好处。 尽管聚合物易于使用,但它们的机械性能不足以保持锂金属阳极的稳定。

因此,无机固体电解质得到了最多的认可。 固态硫化物电解质的电导率是所有固态电解质中最强的。

尽管有许多化学物质,但使用最多的是 Li2 S-P2 S5 系统。 在 Li2 S-P2 S5 框架中,电解质可以是玻璃状的、结晶的或部分结晶的。 未掺杂的 Li2 S-P2 S5 电解质与锂的电化学稳定性较低,而掺杂版本具有更高的稳定性。 在室温或低于 400°C 的温度下,硫化物电解质的延展性使它们能够压缩成颗粒之间具有良好电化学桥接的压块。 因此,硫化物电解质是最容易加工的无机固体电解质。

然而,与空气中的水蒸气反应可能是某些硫化物电解质组合物的问题,释放 H2 S 并降解电解质。 因此,它们通常在氩气或低湿度干燥室环境中进行处理。

氧化物基固体电解质是无机固体电解质的第二种形式。 有几种不同的形式,但石榴石 Li7 La3 Zr2 O12 是最常见的。 在室温下,固体氧化物电解质具有很强的离子电导率、最宽的电化学范围和最大的对锂的化学稳定性。 此外,氧化物材料在所有固体电解质中具有最高的弹性模量和断裂韧性,使其成为锂金属负极物理稳定性和长期电池寿命的理想选择。 尽管具有最佳的电化学性能组合,但具有高离子电导率的致密电解质需要 1,000°C – 1,300°C 的烧结温度。

固体电解质中枝晶或锂丝发展的阻力往往与电流密度或总电池电流除以电解质横截面积有关。 因此,当锂金属穿透电池时,电池可能会在临界电流密度 (CCD) 下失效。 在该临界值以下的电流密度下可以稳定充电。 在固体电解质两侧具有锂电极的不对称电池中的锂恒流电镀是标准的 CCD 检查。

在制备LGPS硫化物固体电解质的过程中,采用中子束分析了材料的结构。 研究人员能够观察到固体导体分子结构内离子的线性运动。 在其 3D 结构中观察到隧道。 在这个隧道内观察到锂离子的运动。 有了这个提示,研究人员能够改进材料的离子电导率和稳定性,通过向 LGPS 添加少量氯来开发两种新材料。 这些材料展现了世界上最高的离子导体性能。

用材料设计衍射仪分析这些材料。 结果显示了一种创新结构,允许离子在三个维度上移动,而不仅仅是一个维度。 这使得材料的最高性能成为可能。 在已开发的各种新一代电池中,这些材料成为用于所有 SSB 的强电解质。

与锂离子电池相比,这些 SSB 具有更高的能量密度和更高的功率输出。 因此,所有 SSB 的优点都设计为具有可在短时间内充电的紧凑型高容量电池。 作为电解质材料的专门研究和原子分析水平的产物,这些新的全SSB可能导致新一代电池。

在锂离子固态电池中,随着电池充电,锂离开无孔固态陶瓷隔板的原子晶格。 一旦锂真正分离,它就会沉积在分离器和电触点之间,形成纯金属锂的阳极。 与传统锂离子电池相比,锂金属阳极允许将固态电池的能量存储在较小的能量体积中,从而实现更高的能量密度。 固态锂金属电池通过消除有机聚合物隔板,从更高的能量密度(15 分钟快速充电)到更安全的操作,实现更大的范围。

高能锂离子电池:

  • 使用高能材料
  • 富镍 NMC 或 NCA 阴极与硅复合阳极结合使用时,可提供更高的重量和体积能量密度。
  • 出于制造目的,预计会降低成本。
  • 只需要对生产过程进行微小的改动。

固态锂电池

锂硫电池:

  • 放电时,锂在阴极与硫反应形成硫化锂。
  • 硫作为一种广泛使用且具有成本效益的材料,可提供低成本的电池。
  • 循环和寿命的不确定性以及高温敏感性继续阻碍细分市场的增长。
  • 目前,体积能量密度对于汽车使用来说往往太差。
固态电池充放电图

锂空气电池:

  • 锂在放电时在阴极侧被氧气氧化,产生过氧化锂和氧化锂。
  • 高能量密度和使用环境空气在技术上是可行的。
  • 循环稳定性的巨大障碍,这使得未来十年的汽车应用似乎不太可能。

所有 SSB 的功能和设计

  • 离子渗透性固体电解质充当隔离器,并在全 SSB 的阴极和阳极之间提供空间和电隔离
  • 有多种电池设计可供选择。 上图描绘了一个薄膜电池。 复合阴极可用于产生更厚的层。
  • 当全 SSB 放电时,锂离子从阳极通过固体电解质到达阴极。 同时有功率流向外部负载。
  • 阳极-电解质界面的电阻是电池效率的关键因素。 可以使用外部片材(例如橡胶或铝合金)来减轻这种情况。
  • 由于强电解质,双极堆叠是可能的。 因此,基本单元串联连接。

固态电池是由什么制成的?

固态电池材料:

阳极:

由于其实现最大能量密度的理论潜力,锂金属负极被认为是理想的。 另一方面,强电解质必须防止金属锂形成枝晶。 此外,由于锂与大气中的氧形成钝化层,因此需要在惰性气氛下进行处理。

硅作为负极材料提供了非常高的能量密度,但当它与锂混合时会发生很多体积变化。

阴极:

金属氧化物用作阴极。 由于专为全 SSB 设计的材料很少,因此大多数情况下使用现有的阴极材料。

原则上,根据电解液的不同,可以使用各种经过验证的正极材料,从廉价且安全的材料,如磷酸铁锂 (LFP) 到镍锰钴酸锂 (NMC)。 在实践中,只有钴酸锂 (LCO) 作为正极材料和 LLZO 作为电解质表现出足够的稳定性和效率。

全固态电池制造工艺

  • 电极和电解质处理、电池组装和电池精加工是全 SSB 生产的三个主要步骤。
  • 没有普遍适用的流程链;或者,可以使用大量可能的过程链。 这些在几个方面与锂离子电池的生产过程不同。
  • 这种方法主要在电极和电解质输出方面比较和对比两种不同的工艺选择。

电极和电解质

生产—-电芯组装——电芯精加工

流程A

工艺B

用无机固体电解质合成沟槽电池是两种工艺选择的主题。 对于全固态电池,软包电池格式往往是最合适的。

棱柱形或圆形电池:

由于全固态电池的固体成分,绕组面临重大挑战。 易碎的陶瓷层会产生裂纹。 此外,适当的层粘附问题尚未解决。

软包电池:

全固态电池受益于堆叠,因为平坦层不会变形。 此外,层状化合物是在电极和电解质处理过程中产生的,只留下基本电池稍后堆叠。

由于材料对大气的反应性,制造过程需要一个干燥的房间。 使用金属锂时,建议使用惰性气体,例如氩气。

对在锂离子电池开发过程中获得的技能的适用性进行综合评估,以针对每个过程阶段进行。

通过工艺A生产电极和电解液:

  • 阴极、电解质和阳极的复合物是在电极和电解质处理过程中形成的。
  • 在电极和电解质开发之后存在基本电池。
  • 第一个工艺链(工艺链 A)的关键特征是连续挤出工艺,在该工艺中形成层然后层压。
  • 该工艺链特别适用于硫化物基全固态材料。

正极和电解液生产(复合):

  • 制作方法
  • 两种不同的复合工业利用阴极和电解质熔体。
  • 材料成分被送入双螺杆挤出机的加热机筒,可以作为颗粒或粉末提供。
  • 挤出机的旋转运动将能量传递到材料成分中。 因此,熔体是均匀的。
  • 降低阴极和电解质之间电阻的电解质颗粒以及粘合剂和添加剂与阴极活性成分混合。
  • 电解质分子和聚合物粘合剂是电解质的两种材料元素。

工艺参数和条件:

  • 要供应的个别材料的数量
  • 气缸内的温度和压力
  • 挤出机的速度和压力
  • 剪切力

质量特点:

  • 熔体的均匀性
  • 熔体粘度
  • 合并规模和数量

技术替代:

  • 高性能搅拌站

阴极和电解质生产(共挤):

  • 制作方法
  • 在合适的模具中,阴极和电解质熔体被共挤出。 这导致阴极和电解质层组合。
  • 单独的通道供给阴极,电解液通过挤压模熔化。
  • 熔体通过通道到达挤出模具的出口。 使用狭缝模具将熔体挤出到电流导体上。

工艺参数及要求:

  • 调整层厚
  • 熔体进料速度
  • 温度
  • 压力
  • 轧制速度
  • 压光辊压紧压力

质量特点:

  • 涂层厚度
  • 层宽
  • 层间附着力

技术替代:

  • 丝网印刷

铸箔

阳极生产(挤压和压延):

  • 全 SSB 阳极可由金属锂箔制成。 挤出和随后的压延可用于制造这种锂膜。
  • 为此,将液态锂倒入活塞挤出机的气缸中。 然后锂被活塞挤压到喷嘴中。
  • 挤出后压延可确保均匀性和光学薄膜厚度。 由于这个原因,薄膜通过两个辊在张力下滚动并涂抹润滑剂。
  • 滚筒必须能够在锂的粘性下工作。 聚合物涂层辊,例如由聚缩醛制成的辊,将实现这一点。

工艺参数及要求:

  • 挤出速度
  • 温度
  • 喷嘴几何形状
  • 压光辊压紧压力
  • 润滑剂供给速度
  • 轧制速度

质量特点:

  • 膜厚
  • 箔宽
  • 锂箔的均匀性

技术替代:

  • 原子层沉积

PVD工艺

层状复合生产(层压):

  • 锂箔经过加工后被层压到阴极-电解质复合材料上。 为此,使用滚筒将两层放置在一起。
  • 两个滚轮用于在下一阶段将两层压在一起。 为了获得更大的粘附力,它们被加热。 在加热和加压过程中,聚合物从一层渗透到下一层,从而在阳极和电解质之间形成联系。
  • 可以区分“干”和“湿”层压这两个词。 在层压之前,湿层压用溶剂润湿接触表面。 这有利于低温和低压层压。

工艺参数及要求:

  • 层数进料速度
  • 轧制速度
  • 压力
  • 可选加热层

质量特点:

  • 层间附着力
  • 所需复合厚度
  • 复合材料的几何形状

技术替代:

  • 压制和随后的烧结

电极和电解液生产工艺B

  • 物理气相沉积 (PVD) 工艺,其中各个层一个接一个地添加,是如下所示的程序链 B 的关键特征。
  • 目前的工艺展示了薄膜电池的制造步骤,特别适用于基于氧化物的全固态电池

材料准备(研磨和混合):

  • 制造方法
  • 球磨机用于将阴极粉末与电解质粉末分离。
  • 为此,将原材料放入圆柱形研磨鼓中。 在该研磨鼓中使用球作为研磨介质。
  • 圆柱体的旋转运动结合了起始材料。 此外,旋转运动确保研磨介质和原材料在研磨时彼此相对移动。
  • 之后,将粉末煅烧以达到所需的粉末特性。

工艺要求及参数:

  • 球体材料
  • 速度
  • 研磨时间
  • 气缸材质
  • 原料数量

质量特点:

  • 平均粉末粒径
  • 粉末的均匀性(混合程度)

技术替代:

  • 溶胶-凝胶法

层状复合制作(高频溅射):

制造工艺:

  • 高频溅射用于从阴极和电解质粉末创建阴极和电解质层。 溅射工艺的目标首先是使用模具或热压系统由粉末制成。
  • 本收集器还充当该过程的基材。 阴极层在第一阶段沉积。 然后将电解质层放置在阴极层的顶部。
  • 离子瞄准溅射操作的目标。 在此步骤中,原子从目标中被敲除,然后到达气相并前进到基板。 因此,该层在基板表面上逐个原子地展开。
  • 真空室用于高频溅射。

工艺要求及参数:

  • 温度
  • 沉积时间
  • 工艺压力
  • 环境气氛
  • 处理功率/功率密度
  • 目标直径和目标距离

质量特点:

  • 集流体层厚
  • 正极和电解液的层厚

技术替代:

  • 化学气相沉积

层状复合沉积(烧结)

制造工艺:

  • 阴极和电解质层在烧结过程中被压缩。 通过增强两层之间的结合,可以降低界面电解质 – 电极的电阻。
  • 使用烧结炉来烧结阴极-电解质化合物。 该物质被加热到略低于其熔点。
  • 材料的最终孔隙率可以根据所选的工艺参数进行修改。
  • 为避免与环境发生反应,烧结过程在惰性气氛或真空中进行。
  • 烧结对于基于氧化物的固体电解质实现足够低的界面耐受性尤其重要。

层状复合制作(热蒸发):

生产工艺:

  • 可以使用热蒸发将阳极施加到阴极 – 电解质化合物上。 阳极内容物由金属锂制成。
  • 热蒸发需要将金属锂加热到沸点以上的温度,例如使用电子束蒸发器,以便它可以达到气相。 在真空室内,蒸汽均匀扩散。
  • 冷凝在电解质的低温表面形成涂层。
  • 热蒸发发生在真空室中,类似于溅射。

Please share if you liked this article!

Did you like this article? Any errors? Can you help us improve this article & add some points we missed?

Please email us at webmaster @ microtexindia. com

On Key

Hand picked articles for you!

机车

机车

为什么叫机车? 机车一词的定义源于拉丁语 loco

加入我们的时事通讯!

加入我们的邮件列表,其中有 8890 位了不起的人,他们了解我们最新的电池技术更新

在此处阅读我们的隐私政策– 我们承诺不会与任何人分享您的电子邮件,也不会向您发送垃圾邮件。 您可以随时取消订阅。

Do you want a quick quotation for your battery?

Please share your email or mobile to reach you.

We promise to give you the price in a few minutes

(during IST working hours).

You can also speak with our VP of Sales, Balraj on +919902030022