全固態(tài)鋰二次電池的容量劃分及其應(yīng)用領(lǐng)域和制備工藝

 

由于缺乏大規(guī)模生產(chǎn)和工藝部門的不成熟，我用同行的文章來(lái)描述這個(gè)制造過(guò)程。從全固態(tài)鋰二次電池的形態(tài)來(lái)看，可分為薄膜型和大容量型兩大類。全固態(tài)鋰電池的核心封裝技術(shù)相似，主要區(qū)別在于電極和電解質(zhì)隔膜的制備。

 

在薄膜全固態(tài)鋰二次電池的基底上，按正極、電解液和負(fù)極的順序依次制備成薄膜，最后密封成電池。在制備過(guò)程中，應(yīng)采用相應(yīng)的技術(shù)制備電池薄膜層。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)極材料多為鋰，采用真空熱汽相沉積（vd）方法制備?？赏ㄟ^(guò)射頻濺射（RFS）、射頻磁控濺射（RFM）等多種濺射技術(shù)制備包括氧化物在內(nèi)的電解質(zhì)和正極的負(fù)極。目前，三維打印技術(shù)也在研究中。薄膜的制備。

 

大容量全固態(tài)鋰二次電池由于其應(yīng)用范圍廣、市場(chǎng)容量大，需要能夠快速、低成本地制備。目前廣泛應(yīng)用于液體鋰離子電池的高速擠壓鍍膜或噴涂技術(shù)可供參考。基于聚合物固體電解質(zhì)的高容量全固態(tài)鋰二次電池的制備接近現(xiàn)有鋰離子電池的繞制過(guò)程。然而，考慮到目前無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)膜的柔韌性較差，疊層工藝在制備全固態(tài)鋰二次電池中的應(yīng)用更為廣泛。至于電解液與正負(fù)隔膜重疊后的具體制備，或電解液與正極復(fù)合層采用雙層或多層一次性涂層制備，更適合大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)路線還需進(jìn)一步研究。

 

 

雖然全固態(tài)鋰離子二次電池的生產(chǎn)設(shè)備與傳統(tǒng)的鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備有很大的不同，但客觀上沒有革命性的創(chuàng)新。80%的設(shè)備有可能繼續(xù)生產(chǎn)鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備，但對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求較高，需要在較高的干燥室（全線露點(diǎn)在40℃以下）生產(chǎn)。對(duì)于擁有空氣敏感儲(chǔ)能裝置或材料的企業(yè)，如超級(jí)電容器、鋰離子電容器、鎳鈷鋁、預(yù)鋰、鈦酸鋰等，制造環(huán)境可以兼容，但相應(yīng)的生產(chǎn)環(huán)境成本明顯增加。

 

在制備工藝方面，鑒于目前固態(tài)電解質(zhì)膜的柔韌性較差，固態(tài)電池的組裝比卷繞工藝更傾向于疊層，但細(xì)分工藝是未知的；就制造設(shè)備而言，雖然固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰離子電池有很大的區(qū)別，但根本沒有區(qū)別，只需要在涂層、包裝等工藝上定制設(shè)備，制造環(huán)境需要在要求更高的干燥室內(nèi)進(jìn)行。

全固態(tài)鋰二次電池展望

 

目前，新能源汽車的發(fā)展已明顯上升到國(guó)家戰(zhàn)略高度，其中動(dòng)力電池是新能源汽車最關(guān)鍵的核心部件，其關(guān)鍵程度可見一斑。根據(jù)中國(guó)節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖，2020年純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池能量密度目標(biāo)為300wh/kg，2025年為400wh/kg，2030年為500wh/kg。公開數(shù)據(jù)顯示，目前采用三元正極材料和石墨負(fù)極材料的液體電解質(zhì)動(dòng)力鋰離子電池的能量密度極限約為250wh/kg。采用硅基復(fù)合材料代替純石墨作為負(fù)極材料。液態(tài)電解質(zhì)動(dòng)力鋰離子電池的能量密度可以達(dá)到300wh/kg，上限約為350wh/kg（已經(jīng)在特斯拉3型車上）。采用松下21700電池，正極采用NCA三元材料，負(fù)極采用硅基復(fù)合材料，能量密度已超過(guò)300Wh/kg。國(guó)內(nèi)一些企業(yè)推出了300wh/kg的樣品電池。

目前，在界面電阻降低，金屬鋰高容量、高倍率和低體積變化的解決方案，以及兼具離子電導(dǎo)和機(jī)械特性的固態(tài)電解質(zhì)膜的成熟制備技術(shù)等方面尚缺乏有效的解決方案。