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[科普]

【中科院材料所】全固态锂电池制备工艺现状

金智创新 发表于 2018-11-6 10:32  
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全固态锂电池具有能量密度高、安全性好、工作温度范围广和循环寿命长等优良性能,已经成为国内外企业和科研院所的研发热点。近些年,关于全固态锂电池的集流体、电极、界面、隔膜和电解质的研究已经取得了很大的进展,性能各异的样品也纷纷从实验室中问世。

电芯封装技术趋同,极片和电解质片制备工艺各异
从全固态锂电池的尺寸和外形上可以分成薄膜型和大容量型两大类。其实,各类型全固态锂电池的电芯封装技术基本上趋于一致,极片和电解质膜片的制备技术差异非常大。全固态锂电池的结构设计、电池容量、应用场景与可能的规模制备方式见表1。
表1 全固态锂电池的容量、应用与可能的规模制备方式
(来源:中科院宁波材料所 许晓熊团队)   

中科院宁波材料所许晓雄团队表示, 在平面衬底上按照正极、电解质、负极的顺序依次制备成薄膜,最后封装而成就是薄膜型全固态锂电池。在制备过程中,电池各薄膜层需要采用相应不同的生产工艺。一般情况下,金属锂作为负极材料时,通常采用真空热气相沉积技术制备,具体可包括:正极、电解质、氧化物的负极,可以采用如射频溅射(RFS)、射频磁控溅射(RFMS)等的各种溅射技术,目前也有研究用3D打印技术来制备薄膜。

大容量全固态锂电池薄膜层采用卷绕或叠片工艺制备
大容量全固态锂电池的市场应用前景广阔,因此对生产工艺的要求为:速度快,成本低。聚合物固态电解质膜的柔韧性较好,可以借鉴液态电解质锂电池中广泛使用的高速挤压涂布或喷涂技术,采用卷绕工艺。但是无机固态电解质膜较脆容易断裂,所以,更多采用叠片工艺制备。至于是多层一次涂布制备电解质和正极的复合层,还是分别制备电解质和正负极膜片后再重叠复合?目前,规模化生产的最佳技术路线仍然不明确。
可能80%的生产设备可延用传统锂电池的但生产环境要求更严苛
全固态锂电池的生产设备从客观上看:不存在革命性的创新。虽然与传统锂离子电池电芯生产设备也有一定的差异,可能80%的生产设备可以延用传统锂电池的生产设备。但是生产的环境标准更高,比如说温湿度的范围。这对于具备预锂化、镍钴铝、钛酸锂、超级电容器、锂离子电容器等空气敏感储能器件的生产企业来说,制造设备可以兼容,但环境成本明显提高。
日本曾用涂布卷对卷生产线叠片电池单元制备聚合物全固态电池
目前,全固态聚合物锂电池通常采用印刷、涂布和卷对卷技术,日本电力中央研究所的涂布卷对卷生产线见图1。首先,分别将聚合物电解质涂布在正负极极片上,固化过程采用紫外线照射,然后,再将正负极极片紧密挤压在一起,经过裁剪叠片流程最终制得电池单元。据报道,日本电力中央研究所已采用图1生产线制备了二层电池单元,其输出电压为12V,正极采用电位超过4V的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2,负极为石墨,日本大创株式会社(Dalso)提供聚醚材料作为固态电解质。同时,为防止电解质与正极材料的接触面上形成氧化物,正极表面会涂覆特殊的无机物,达到降低电池电阻的作用。
常温状态下,来自该生产线的固态电池电解质电导率只有10-5s/cm,所以必须加入温控系统,使其保持在60℃的环境下才能正常工作。
全部内容及数据图表参考:jzcx.net/article/405.html,一线专家原创,如有转载,请注明出处。如有任何异议,欢迎留言讨论。


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