【會議報告】干法電極&鹵化物電解質(zhì)賦能高比能全固態(tài)電池

全固態(tài)電池兼具高能量密度和安全性，能夠填補液態(tài)電池體系的性能短板，被認為是下一代電池革命性技術，也成為了全球范圍內(nèi)爭先攻克的技術戰(zhàn)略高地。然而，全固態(tài)電池技術的開發(fā)，亟需開展關鍵材料批量制備技術，全固態(tài)電池制造技術以及應用評估的全鏈式研究，實現(xiàn)關鍵技術突破。

鹵化物電解質(zhì)

目前，固態(tài)電解質(zhì)的主要挑戰(zhàn)是離子電導率低、成本高、與正負極的界面穩(wěn)定性差等問題。鹵化物固態(tài)電解質(zhì)作為一種新型固態(tài)電解質(zhì)，具有良好的離子電導率和較低的成本，被認為是極具潛力的固態(tài)電解質(zhì)材料之一。

相較于硫化物、氧化物及聚合物固態(tài)電解質(zhì)，鹵化物的獨特優(yōu)勢在于：

1）質(zhì)地柔軟，在一定壓力下可以實現(xiàn)與電極材料良好的界面接觸；

2）電化學窗口寬，能夠匹配Li₂MnO₄等高壓正極材料；

3）可通過機械混合球磨、高溫燒結及液相法等多種方式合成，能夠滿足商業(yè)化制備的需求。

目前常見鹵化物電解質(zhì)有三類：Lia-M-Cl₆、Lia-M-Cl₄及Lia-M-Cl₈類鹵化物，前兩類的離子電導率可達到10-3S/cm。但鹵化物電解質(zhì)在不同溫度下易發(fā)生相轉(zhuǎn)變從而影響電導率，并且在空氣中易水解，因此合成成本高昂。此外，過渡金屬與鋰金屬反應導致鋰負極兼容性差等問題，阻礙了鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的進一步發(fā)展。

干法電極工藝適配固態(tài)電池

在現(xiàn)有鋰電池制造中，極片環(huán)節(jié)主要是采用濕法工藝，就是將活性物、導電劑、粘接劑按比例混合在溶劑中，并通過狹縫涂布模頭按要求涂覆在集流體表面并輥壓。但要用到NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶劑，該溶劑有毒，對環(huán)境不友好，需要對其進行回收，消耗大量的能量。

區(qū)別于濕法工藝，干法電極工藝可以在不使用溶劑的情況下，通過干法混合粘合劑、活性材料和導電劑，然后將其壓制在集流體上形成電極，在成本效率、性能提升、結構穩(wěn)定性和生產(chǎn)適應性等方面存在明顯優(yōu)勢。

固態(tài)電池由于使用固態(tài)電解質(zhì)，與傳統(tǒng)液態(tài)電池在電極-電解質(zhì)界面和制造工藝上存在顯著差異。干法工藝適配固態(tài)電池具有以下優(yōu)勢：

1）干法電極工藝可以通過高壓壓實，使電極材料與固態(tài)電解質(zhì)之間形成緊密接觸，降低界面阻抗，提高離子傳輸效率。

2）干法電極能夠?qū)崿F(xiàn)更高的活性物質(zhì)載量和更厚的電極設計，從而提升電池的能量密度。

3）由于沒有使用有機溶劑，電極減少了與固態(tài)電解質(zhì)發(fā)生副反應的風險，提高了電池的安全性和能量密度。同時，干法工藝的高壓壓實步驟與固態(tài)電池的制造工藝（如固態(tài)電解質(zhì)的壓制成型）高度契合。

4）干法電極工藝簡化生產(chǎn)流程，降低設備投資和能耗，同時減少溶劑使用帶來的環(huán)保問題，符合固態(tài)電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的需求。

固態(tài)電池的幾個技術路線中，干法工藝和硫化物固態(tài)電池的適配性更好。硫化物電解質(zhì)對有機溶劑較敏感，同時金屬鋰容易與溶劑反應導致膨脹嚴重，干法電極中由PTFE原纖維化構成的二維網(wǎng)絡結構，可以抑制活性物質(zhì)顆粒的體積膨脹，防止其從集流體表面脫落。

針對固態(tài)電池相關的技術、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態(tài)電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會。為致力于固態(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。屆時，來自有研（廣東）新材料技術研究院的趙昌泰教授級高級工程師將作題為《干法電極&鹵化物電解質(zhì)賦能高比能全固態(tài)電池》的報告。

報告將對比全固態(tài)電池不同技術路線的優(yōu)缺點，介紹鹵化物電解質(zhì)的研究進展，重點介紹有研廣東院在鹵化物電解質(zhì)開發(fā)、干法電極工藝開發(fā)、全固態(tài)軟包電池共性技術開發(fā)等方面的研究進展。

專家介紹：

趙昌泰，有研（廣東）新材料技術研究院，教授級高級工程師，博士生導師，國家海外高層次青年人才、北京市海外高層次青年人才、北京市科技新星。2017年博士畢業(yè)于大連理工大學，導師邱介山教授、于暢教授，在加拿大西安大略大學學習工作5年，合作導師孫學良院士。主要研究方向為全固態(tài)電池材料開發(fā)、界面設計及軟包電池工藝開發(fā)等。申報人主持工信部全固態(tài)電池子課題、北京市科技新星計劃、北京市聯(lián)合基金、國家自然科學基金青年基金、一汽集團橫向課題、廣汽集團橫向課題、中國航天集團橫向課題等項目。在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等國際頂級期刊發(fā)表SCI論文90余篇，被引用7500余次，H因子47。申請發(fā)明專利30余件，撰寫英文著作1章。受邀擔任科創(chuàng)中國新能源產(chǎn)業(yè)技術經(jīng)理人、省重點研發(fā)計劃指南編制專家、評審專家、自然科學基金評審專家、《Rare Metals》、《eScience》、《Journal of Materials Science & Technology》等期刊青年編委。

參考來源：

萬峰等《鹵化物固態(tài)電解質(zhì)研究進展與展望》、粉體網(wǎng)等

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