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2024-03-18 返回

固態電池常用生產工藝流程及固態電解質的制備方法

隨著汽車行業技術的迅猛發展，固態電池已成為新能源汽車研究的焦點。這種電池因其高能量密度、快速充電和持久續航等特點，成為推動新能源汽車進步的關鍵。但在這一領域，日本和德國處于技術領先地位，為中國帶來了激烈的競爭挑戰。現就固態電池的生產工藝及電解質制備方法表述如下：

一、常見固態電池的生產工藝簡介:

1. 制備聚合物電解質液：將聚合物（如乙烯基電解質）溶解到一種適合固態電荷轉移的有機溶劑（如三氯甲烷）中，形成溶液。

2. 噴涂電解質液：使用噴槍將制備好的聚合物電解質液均勻地噴涂到電池容器中。

3. 電解質分解和整合顆粒：在電池容器中釋放一定數量的電解質粒子，使聚合物電解質液與電解質粒子發生反應并膨脹，最終在容器中形成整體形狀。

4. 剝離和連接鋁箔/銅框架：在鋁箔/銅框架和電池容器之間剝離一層聚合物電解質，并在容器的一端連接一層鋁箔作為正極材料，在另一端連接一層銅框架作為負極材料。

5. 加速固化處理：將電池容器置于加熱液體量熱器中，加速固態電荷轉移劑（一種類似硅橡膠的聚合物）的熔化，使其沉積到電池容器內，最終完成固態電池的生產。

除了上述介紹的生產工藝和制造過程外，還有其他類型的固態電池，以下是一些介紹：

全固態電池：

生產工藝：根據對全固態電池的性能要求選擇合適的成膜工藝，得到所需厚度和離子電導率的固體電解質膜。固體電解質的成膜工藝根據是否采用溶劑分為濕法工藝和干法工藝。

制造過程：濕法工藝成膜操作簡單，工藝成熟，易于規?；a，是目前最有希望實現固體電解質膜量產的工藝之一。按照載體不同，濕法工藝可分為模具支撐成膜、正極支撐成膜以及骨架支撐成膜。該工藝首先將固體電解質溶液傾倒在模具上，隨后蒸發溶劑，從而獲得固體電解質膜，通過調節溶液的體積和濃度來控制膜的厚度。

鋰金屬固態電池：

生產工藝：選擇適用于固態電解質和電極的合適材料，以確保電池的性能和穩定性；制備固態電解質，通常是一種固態導電陶瓷或聚合物材料，以替代傳統液體電解質；制備正負極電極材料，通常采用高容量和高導電性的材料，如硫化物、氧化物或碳材料。

制造過程：將電解質、正負極電極層堆疊在一起，形成電池結構，并進行封裝，確保電池內部環境穩定；將電極與電池的外部連接器相連，以便將電池連接到電子設備或電動車輛等應用中；進行電池性能測試，包括電池容量、循環壽命和安全性等方面的評估。根據測試結果進行必要的優化。

不同類型的固態電池生產工藝和制造過程會有所不同，具體取決于電池的設計和應用。

二、固態電解質的制備方法:

固相球磨法：將固體原料放入球磨機中，加入適量的球磨介質，通過球磨機的高速旋轉，使球磨介質對原料進行撞擊和摩擦，從而使原料細化。該方法可以制備出高純度、粒度均勻的固態電解質。

溶膠-凝膠法：將含高分子有機物的溶液或溶膠，通過加熱或加入催化劑使其發生聚合反應，生成高分子化合物，再將這些高分子化合物進行熱處理或化學處理，從而制備出固態電解質。該方法可以制備出均勻、細化的固態電解質，但制備過程較為復雜。

共沉淀法：將原料溶液中的離子通過沉淀反應生成固態電解質前驅體，然后將前驅體進行熱處理或化學處理，從而制備出固態電解質。該方法可以制備出高純度、粒度均勻的固態電解質。

噴霧干燥法：將原料溶液通過噴霧干燥設備，使其霧化成微小液滴，再通過熱風或惰性氣體將液滴中的溶劑蒸發掉，留下固態顆粒。該方法可以制備出形狀規則、粒度較小的固態電解質。

化學氣相沉積法：將原料氣體經過加熱或催化反應，在固態基材上生成固態電解質膜。該方法可以制備出致密、均勻的固態電解質膜，但制備過程需要嚴格控制反應條件。

以上是常見的固態電解質制備方法，不同的方法具有不同的優缺點，應根據實際需求選擇合適的方法。需要注意控制制備過程中的溫度、壓力、氣氛等條件，以確保制備出的固態電解質的質量和性能符合要求。

三、全固態電池的封裝方法簡介:

實驗室級別模具電池封裝形式：采用上下兩個金屬柱把固態電芯壓裝在一個絕緣套筒里，然后加裝外殼并通過螺栓等方式進行固定、加壓并密封隔離空氣。這種封裝方式的優點是簡單快捷適合科研開發，缺點是封裝體笨重，能量密度極低無商業化價值。

 針對陶瓷燒結體的方殼封裝：特點是小巧輕便適合燒結塊體電池，缺點是對非燒結的疊片電芯封裝可靠性差、電池性能低。

疊片+軟包的方式：采用疊片技術，能量密度可達500Wh/kg。

封裝方法會對全固態電池的性能產生影響，在選擇封裝方法時，需要根據實際情況進行權衡。

四、全固態電池的封裝材料特性：

1. 高機械強度：封裝材料需要具有足夠的機械強度，以保護電池免受外部沖擊和壓力的影響。

2. 良好的密封性能：封裝材料應能夠有效地防止電解液泄漏和外界氣體、水分進入電池內部，確保電池的長期穩定性和安全性。

3. 高熱穩定性：全固態電池在工作過程中會產生熱量，因此封裝材料需要具有良好的熱穩定性，能夠承受較高的溫度而不發生變形或失效。

4. 低電阻：封裝材料的電阻應盡量低，以減少電池的內部電阻，提高電池的能量效率。

5. 良好的化學兼容性：封裝材料應與電池內部的電極、電解質等組件兼容，不發生化學反應或腐蝕性影響。

6. 輕質化：為了提高電池的能量密度，封裝材料應盡量輕巧，減小電池的整體重量。

7. 可加工性：封裝材料應易于加工和成型，以適應不同形狀和尺寸的電池設計。

8. 環保性：封裝材料應盡量選擇環保、無毒的材料，減少對環境的污染。

這些特性對于確保全固態電池的性能、壽命和安全性至關重要。在選擇封裝材料時，需要綜合考慮以上因素，并根據具體應用需求進行優化。

五、固態電池的制造流程和步驟：

1. 正極材料制備：將正極材料的原料進行混合、研磨等處理，制成正極漿料。

2. 負極材料制備：將負極材料的原料進行混合、研磨等處理，制成負極漿料。

3. 電解質制備：將電解質材料進行混合、熔融等處理，制成電解質漿料或膜。

4. 涂布：將正極漿料、負極漿料和電解質漿料分別涂布在對應的基材上，形成正極極片、負極極片和電解質膜。

5. 干燥：將涂布后的極片和電解質膜進行干燥處理，去除多余的溶劑。

6. 壓片：將干燥后的正極極片、負極極片和電解質膜進行壓合，形成電池單元。

7. 組裝：將多個電池單元進行串聯或并聯，組裝成電池模塊。

8. 封裝：對電池模塊進行封裝，以保護電池并提供機械支撐。

9. 測試：對封裝后的電池進行性能測試，包括容量、循環壽命、內阻等參數的測試。

固態電池具體的生產流程可能會因技術路線和生產設備的不同而有所調整。生產中需要嚴格控制環境條件和工藝參數，確保電池的質量和性能。