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日前，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所（以下簡稱青島能源所）獲悉，該所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心研究團(tuán)隊(duì)利用熔融黏結(jié)技術(shù)，干法制備出具有出色柔韌性的超薄硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜，其優(yōu)異的力學(xué)性能、離子電導(dǎo)率以及應(yīng)力耗散特性可有效抑制電池內(nèi)部應(yīng)力不均導(dǎo)致的機(jī)械失效。運(yùn)用該方法制備出的一體化全固態(tài)電池具有優(yōu)異的界面穩(wěn)定性、長循環(huán)性能。研究成果以“熔融粘結(jié)干法制備具有超薄電解質(zhì)的硫化物全固態(tài)電池”為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。
青島能源所研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)全固態(tài)電池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(jié)策略。研究人員在粘流態(tài)下將低粘度的熱塑性聚酰胺（TPA）與硫化物L(fēng)i6PS5Cl進(jìn)行預(yù)混，進(jìn)而熱壓成型，誘導(dǎo)TPA在硫化物顆粒間隙滲透，構(gòu)建聚合物逾滲網(wǎng)絡(luò)，制備出兼具優(yōu)異的柔韌性、熱塑性、可彎曲性、拉伸性和較高離子電導(dǎo)率的超薄硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜。
“我們使用同步輻射X射線斷層掃描（SX-CT），對(duì)循環(huán)過后的對(duì)稱電池進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)該超薄膜能夠有效抑制循環(huán)過程中因電極體積膨脹帶來的界面分離和電解質(zhì)碎裂等問題，保持界面穩(wěn)定。這證明了在固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部構(gòu)建完整的聚合物逾滲網(wǎng)絡(luò)，不僅有利于其薄層化，更有利于耗散電池運(yùn)行過程中的不均勻內(nèi)應(yīng)力，降低機(jī)械失效風(fēng)險(xiǎn)。”青島能源所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心研究員崔光磊介紹說。
研究團(tuán)隊(duì)以正極和薄層電解質(zhì)的界面融合為策略，使用純硅負(fù)極，制備出一體化全固態(tài)電池。該種電池在478次充放電循環(huán)后容量保持率大于80%。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提升該種電池的正極負(fù)載量，其能量密度超過370瓦時(shí)/千克，可充放電超過1600次，使用壽命超過10000小時(shí)。團(tuán)隊(duì)運(yùn)用該策略制備的高電壓（8.5V）雙極電池和軟包電池，進(jìn)一步證明其實(shí)用價(jià)值和產(chǎn)業(yè)化潛力，對(duì)硫化物全固態(tài)電池的商業(yè)化具有重要意義，為全固態(tài)電池未來科學(xué)研究和工藝技術(shù)發(fā)展提供了有力參考。
