韩国团队研发硫化物基全固态电池正极材料混合技术

碳材谈科技 2024-08-01 14:46:37

韩国研究人员齐心协力,共同攻克全固态电池商业化难题。韩国科学技术研究院下一代电池研究中心的Yoon-Cheol Ha博士与庆熙大学应用化学系金炳昆教授团队、中央大学能源系统工程学院文昌赫教授团队、釜山大学材料科学与工程学院李承基教授团队合作,开发出全固态电池正极材料与硫化物固体电解质最佳混合技术。

全固态电池作为下一代电池技术,因其极低的火灾或爆炸风险而备受关注。然而,由于全固态电池的固体特性,与基于液体电解质的传统电池相比,它们需要更先进的技术,这使得制造更具挑战性。特别是,已知阴极活性材料与固体电解质、导电添加剂和粘合剂*的有效混合和分散是制造复合电极的挑战之一。必须满足严格的条件,例如创建有利于电子和锂离子有效传输的通道(通路)并确保阴极-电解质界面上的低界面电阻。

目前,正极材料与固体电解质的混合主要有两种方法:▲在湿式或干式条件下简单地进行机械混合,使厚度达到几十到几百微米(百万分之一米);或▲采用核壳结构法,将正极材料表面包裹在固体电解质中。然而,这些现有的方法在确保电子或离子的移动以及形成低电阻界面方面面临挑战。

为了解决这个问题,KERI和大学研究团队采用了用固体电解质部分涂覆阴极活性材料的方法。由于硫化固体电解质对氧气和水分敏感,如果使用不当会变质,研究团队开发了一种刀片研磨机——一种可以利用不会引起化学反应的惰性气体的特殊设备。这使他们能够研究各种类型的固体电解质涂层结构,并测试和验证与阴极活性材料的最佳混合比和工艺条件。

该团队进行了各种模拟,收集了大量数据,证明了活性材料利用率(实际容量与理论容量相比)和倍率能力(快速充电/放电与低电流充电/放电相比)的提高。然后他们将结果应用于原型(软包电池),以验证全固态电池的性能。

该项研究成果发表于国际能源领域顶级期刊《储能材料》,该期刊的JCR影响因子为18.9,位列该领域前5%。

Yoon-Cheol Ha 博士表示:“为了全固态电池的广泛采用,提高固体电解质本身的性能并降低成本非常重要。然而,有效制造复合电极以促进离子和电子顺利流动的结构设计和制造工艺技术也很重要。”他补充道:“通过使用以最佳比例用固体电解质部分涂覆阴极活性材料的复合材料,我们可以增强电极的功能并显着提高全固态电池的性能。”

KERI已获得与该技术相关的专利,计划寻找潜在客户并实现商业化,并相信该成果将引起全固态电池材料和设备制造商的极大关注。

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