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最新进展!硫化物全固态电池可采用聚酰胺(TPA)替代PTFE制备干法电极

时间:2024-11-01 来源:小编 点击:

最新进展!硫化物全固态电池可采用聚酰胺(TPA)替代PTFE制备干法电极 相较于液态锂电池产品,固态锂电池与其最大区别在采用固态电解质替换了电解液与

最新进展!硫化物全固态电池可采用聚酰胺(TPA)替代PTFE制备干法电极

       相较于液态锂电池产品,固态锂电池与其最大区别在采用固态电解质替换了电解液与隔膜结构,从而实现了能量密度与安全性的提升。然而,全固态电池技术的核心挑战在于如何确保固体电解质与电池正负电极间实现高效、稳定的接触与传导。近期,中国科学院青岛生物能源与过程研究所固态能源系统技术中心的研究团队在干法制备工艺上取得了全固态电池领域的新突破,成功跨越了这一长期存在的技术障碍。


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       固态电池的技术核心是固态电解质,固态电解质有两大体系、三大技术,当前主流的技术路线包括有机电解质体系中的聚合物固体电解质,无机电解质体系中的氧化物和硫化物固体电解质。氧化物/硫化物/聚合物电解质等三大主流路线各有优劣。聚合物电解质发展最为迅速,技术较成熟,最早推进商业化应用,已实现小规模量产,但存在电导率低等缺点,性能上限较低,到目前也并未大面积铺开。氧化物电解质各方面的性能表现较为均衡,目前进展较快。硫化物电解质的电导率较高,性能表现最优异,最适用于电动车,商业化潜力大,但研究难度也大,如何保持较高稳定性有待解决。


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       成膜工艺会影响固态电解质的厚度和离子电导率水平,还可能影响固态电池的能量密度和安全性,因此对于固态电池的制备来说至关重要。固态电池的成膜工艺按照是否采用溶剂可以分为湿法、干法。其中湿法成膜工艺包括模具支撑成膜、正极支撑成膜、骨架支撑成膜,操作简单且工艺成熟,因此目前来看有望成为固体电解质膜量产的一种工艺。但湿法工艺可能存在溶剂有毒、污染环境等问题、而干法工艺则更加安全和环保,因此有望成为固态电池成膜的主流工艺,干法工艺通过混合硫化物和聚合物黏结剂,并在施加压力的作用下形成电解质膜。相较于传统的湿法工艺,干法工艺不仅经济效益显著,而且更适合制备较厚的电极。然而,目前主流的干法工艺普遍采用PTFE材料,所制得的电解质膜往往较厚,且存在机械性能欠佳、界面化学稳定性不足的问题。


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       中国科学院青岛生物能源与过程研究所的研究团队终于取得了突破性进展,成功开发出一种聚酰胺(TPA)类粘结剂,并采用了熔融黏结技术的干法制备路径,为硫化物全固态电池的发展注入了新的活力。这种工艺成功通过干法制备技术实现硫化物复合薄层化电解质,成为了阻碍硫化物全固态电池大幅提升能量密度和推进大规模生产的关键难题。采用此方法制备的超薄硫化物电解质,不仅具备出色的机械强度和离子导电性能,还拥有卓越的应力消散能力,能够有效防止因电池内部应力分布不均而引起的电池失效问题。此外,通过这一方法制备的一体化全固态电池,在界面稳定性及长循环性能方面均表现出色。

       固态电解质各企业最新研究进展与动向

       2024年,中国固态电解质的研究和产业化进展表现出显著的活力和多样化的技术路线。固态电池,特别是全固态锂电池,由于其高安全性和高能量密度,被视为下一代能量存储设备的重要发展方向。

       其中宁德时代的进展:宁德时代在2024年4月发布了凝聚态电池,其单体能量密度高达500Wh/kg。这种电池既具有高比能又保证了高安全性。宁德时代还在进行基于硫化物电解质的全固态电池的研发,并已建立10Ah级别的验证平台。他们的目标是在2027年小批量生产固态电池,并计划在航空领域首先应用这种电池。

       2024年10月,中国首条全固态锂电池量产线在北京经济技术开发区正式投产。这条产线由北京纯锂新能源科技公司投资建设,能够量产50安时数全固态电池。这一发展比预期提前了两年,显示了全固态电池技术的快速进步。

       国际企业美国的QuantumScape公司宣布,其固态电池通过了德国大众公司的50万公里耐久性测试。这一测试表明,QuantumScape的无负极固态锂金属电池具有卓越的性能,支持了固态电池的预期潜力。此外,大众集团的电池子公司PowerCo也发布了对QuantumScape提供的固态电池的耐久性测试结果,确认了其声明。

       这些进展显示了固态电池技术在全球范围内的快速发展,预示着这一技术可能在未来几年内实现更广泛的应用。随着技术的不断进步,固态电池有望在电动汽车和能源储存领域带来革命性的变化。

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文章来源:长安储能研究院、锂电材料解析