青島能源所在硫化物全固態電池的干法制備方面取得進展

基于硫化物固態電解質的全固態二次電池被認為是最具潛力的下一代新能源體系之一，其中聚合物/硫化物復合薄層化電解質的制備是該類電池大幅提升能量密度和大規模生產的最關鍵技術之一。特別是干法制造技術因環保、經濟效益高、利于制備厚電極并規避有機溶劑等優勢，受到廣泛青睞。目前，主要基于聚四氟乙烯粘結劑成纖化的主流無溶劑工藝存在粘結性不佳、機械性能差、界面電化學不穩定等劣勢。

近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所固態能源系統技術中心研究人員利用熔融粘結技術，干法制備出具有出色柔韌性的超薄硫化物固態電解質膜，其優異的力學性能、離子電導率以及應力耗散特性可有效抑制電池內部應力不均導致的機械力失效。該方法制備的高面載量LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂（NCM83）正極與多孔鋁集流體具有優異粘結性，可實現界面融合，有效規避傳統濕法正極容易產生裂紋的問題，制備出的一體化全固態電池具有優異的界面穩定性、長循環性能。

研究團隊針對目前干法制備過程中各組分分散不均問題，提出低壓力制備的熔融粘結策略，在粘流態下將低粘度的熱塑性聚酰胺（TPA）與硫化物Li₆PS₅Cl進行預混，較低壓力下熱壓成型，誘導TPA在硫化物顆粒間隙滲透，構建聚合物逾滲網絡，實現超薄成膜的同時，兼具優異的柔韌性、熱塑性、可彎曲性、拉伸性和較高離子電導率。該研究使用同步輻射X射線斷層掃描對循環過后的對稱電池進行觀測，發現該超薄膜能夠有效抑制循環過程中因電極體積膨脹帶來的界面分離和電解質碎裂等問題，保持界面穩定，證明在固態電解質內部構建完整的聚合物逾滲網絡，不僅有利于其薄層化，更有利于耗散電池運行過程中的不均勻內應力，降低力機械失效風險。

研究團隊以正極和薄層電解質的界面熔融粘結為策略制備的一體化全固態電池，適配鋰銦負極，707次循環后容量保持率大于80%；適配純硅負極（μSi），478次循環后容量保持率大于80%，可循環2000次。在高負載NCM83|| μSi全電池中，經過9200小時、1400次循環后，其面容量保持大于2.5 mAh·cm^-2，循環壽命超過10000小時，進一步提升NCM83載量到53.1 mg·cm^-2，其能量密度超過390 Wh/kg，1020 Wh/L，高于目前文獻所報道的高鎳三元體系的硫化物全固態電池。研究團隊基于該策略分別組裝了Bipolar和高面載量單片軟包二次電池，表明熔融粘結技術具有出色的實用性潛力，為全固態電池的未來科學研究和工藝技術發展提供了有力參考。

研究成果以Fusion Bonding Technique for Solvent-free Fabrication of All-solid-state Battery with Ultra-thin Sulfide Electrolyte為題發表在《先進材料》（Advanced Materials）上。

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