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2024-03-18 返回

固态电池常用生产工艺流程及固态电解质的制备方法

随着汽车行业技术的迅猛发展，固态电池已成为新能源汽车研究的焦点。这种电池因其高能量密度、快速充电和持久续航等特点，成为推动新能源汽车进步的关键。但在这一领域，日本和德国处于技术领先地位，为中国带来了激烈的竞争挑战。现就固态电池的生产工艺及电解质制备方法表述如下：

一、常见固态电池的生产工艺简介:

1. 制备聚合物电解质液：将聚合物（如乙烯基电解质）溶解到一种适合固态电荷转移的有机溶剂（如三氯甲烷）中，形成溶液。

2. 喷涂电解质液：使用喷枪将制备好的聚合物电解质液均匀地喷涂到电池容器中。

3. 电解质分解和整合颗粒：在电池容器中释放一定数量的电解质粒子，使聚合物电解质液与电解质粒子发生反应并膨胀，最终在容器中形成整体形状。

4. 剥离和连接铝箔/铜框架：在铝箔/铜框架和电池容器之间剥离一层聚合物电解质，并在容器的一端连接一层铝箔作为正极材料，在另一端连接一层铜框架作为负极材料。

5. 加速固化处理：将电池容器置于加热液体量热器中，加速固态电荷转移剂（一种类似硅橡胶的聚合物）的熔化，使其沉积到电池容器内，最终完成固态电池的生产。

除了上述介绍的生产工艺和制造过程外，还有其他类型的固态电池，以下是一些介绍：

全固态电池：

生产工艺：根据对全固态电池的性能要求选择合适的成膜工艺，得到所需厚度和离子电导率的固体电解质膜。固体电解质的成膜工艺根据是否采用溶剂分为湿法工艺和干法工艺。

制造过程：湿法工艺成膜操作简单，工艺成熟，易于规模化生产，是目前最有希望实现固体电解质膜量产的工艺之一。按照载体不同，湿法工艺可分为模具支撑成膜、正极支撑成膜以及骨架支撑成膜。该工艺首先将固体电解质溶液倾倒在模具上，随后蒸发溶剂，从而获得固体电解质膜，通过调节溶液的体积和浓度来控制膜的厚度。

锂金属固态电池：

生产工艺：选择适用于固态电解质和电极的合适材料，以确保电池的性能和稳定性；制备固态电解质，通常是一种固态导电陶瓷或聚合物材料，以替代传统液体电解质；制备正负极电极材料，通常采用高容量和高导电性的材料，如硫化物、氧化物或碳材料。

制造过程：将电解质、正负极电极层堆叠在一起，形成电池结构，并进行封装，确保电池内部环境稳定；将电极与电池的外部连接器相连，以便将电池连接到电子设备或电动车辆等应用中；进行电池性能测试，包括电池容量、循环寿命和安全性等方面的评估。根据测试结果进行必要的优化。

不同类型的固态电池生产工艺和制造过程会有所不同，具体取决于电池的设计和应用。

二、固态电解质的制备方法:

固相球磨法：将固体原料放入球磨机中，加入适量的球磨介质，通过球磨机的高速旋转，使球磨介质对原料进行撞击和摩擦，从而使原料细化。该方法可以制备出高纯度、粒度均匀的固态电解质。

溶胶-凝胶法：将含高分子有机物的溶液或溶胶，通过加热或加入催化剂使其发生聚合反应，生成高分子化合物，再将这些高分子化合物进行热处理或化学处理，从而制备出固态电解质。该方法可以制备出均匀、细化的固态电解质，但制备过程较为复杂。

共沉淀法：将原料溶液中的离子通过沉淀反应生成固态电解质前驱体，然后将前驱体进行热处理或化学处理，从而制备出固态电解质。该方法可以制备出高纯度、粒度均匀的固态电解质。

喷雾干燥法：将原料溶液通过喷雾干燥设备，使其雾化成微小液滴，再通过热风或惰性气体将液滴中的溶剂蒸发掉，留下固态颗粒。该方法可以制备出形状规则、粒度较小的固态电解质。

化学气相沉积法：将原料气体经过加热或催化反应，在固态基材上生成固态电解质膜。该方法可以制备出致密、均匀的固态电解质膜，但制备过程需要严格控制反应条件。

以上是常见的固态电解质制备方法，不同的方法具有不同的优缺点，应根据实际需求选择合适的方法。需要注意控制制备过程中的温度、压力、气氛等条件，以确保制备出的固态电解质的质量和性能符合要求。

三、全固态电池的封装方法简介:

实验室级别模具电池封装形式：采用上下两个金属柱把固态电芯压装在一个绝缘套筒里，然后加装外壳并通过螺栓等方式进行固定、加压并密封隔离空气。这种封装方式的优点是简单快捷适合科研开发，缺点是封装体笨重，能量密度极低无商业化价值。

 针对陶瓷烧结体的方壳封装：特点是小巧轻便适合烧结块体电池，缺点是对非烧结的叠片电芯封装可靠性差、电池性能低。

叠片+软包的方式：采用叠片技术，能量密度可达500Wh/kg。

封装方法会对全固态电池的性能产生影响，在选择封装方法时，需要根据实际情况进行权衡。

四、全固态电池的封装材料特性：

1. 高机械强度：封装材料需要具有足够的机械强度，以保护电池免受外部冲击和压力的影响。

2. 良好的密封性能：封装材料应能够有效地防止电解液泄漏和外界气体、水分进入电池内部，确保电池的长期稳定性和安全性。

3. 高热稳定性：全固态电池在工作过程中会产生热量，因此封装材料需要具有良好的热稳定性，能够承受较高的温度而不发生变形或失效。

4. 低电阻：封装材料的电阻应尽量低，以减少电池的内部电阻，提高电池的能量效率。

5. 良好的化学兼容性：封装材料应与电池内部的电极、电解质等组件兼容，不发生化学反应或腐蚀性影响。

6. 轻质化：为了提高电池的能量密度，封装材料应尽量轻巧，减小电池的整体重量。

7. 可加工性：封装材料应易于加工和成型，以适应不同形状和尺寸的电池设计。

8. 环保性：封装材料应尽量选择环保、无毒的材料，减少对环境的污染。

这些特性对于确保全固态电池的性能、寿命和安全性至关重要。在选择封装材料时，需要综合考虑以上因素，并根据具体应用需求进行优化。

五、固态电池的制造流程和步骤：

1. 正极材料制备：将正极材料的原料进行混合、研磨等处理，制成正极浆料。

2. 负极材料制备：将负极材料的原料进行混合、研磨等处理，制成负极浆料。

3. 电解质制备：将电解质材料进行混合、熔融等处理，制成电解质浆料或膜。

4. 涂布：将正极浆料、负极浆料和电解质浆料分别涂布在对应的基材上，形成正极极片、负极极片和电解质膜。

5. 干燥：将涂布后的极片和电解质膜进行干燥处理，去除多余的溶剂。

6. 压片：将干燥后的正极极片、负极极片和电解质膜进行压合，形成电池单元。

7. 组装：将多个电池单元进行串联或并联，组装成电池模块。

8. 封装：对电池模块进行封装，以保护电池并提供机械支撑。

9. 测试：对封装后的电池进行性能测试，包括容量、循环寿命、内阻等参数的测试。

固态电池具体的生产流程可能会因技术路线和生产设备的不同而有所调整。生产中需要严格控制环境条件和工艺参数，确保电池的质量和性能。