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硫化物、鹵化物固態(tài)電解質(zhì)噴霧干燥包埋改性
2025-08-05
毋庸置疑，固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池的極其關(guān)鍵的一環(huán)。
縱觀當(dāng)下在研的固態(tài)電解質(zhì)，氧化物等陶瓷固態(tài)電解質(zhì)體系涉及復(fù)雜，機(jī)械加工性能差難以解決物理接觸問題；硼氫化物熱力學(xué)穩(wěn)定性、與正負(fù)極之間的適配性以及抑制枝晶生長的能力等不足；聚合物固態(tài)電解質(zhì)需要高溫運行，且導(dǎo)離子能力較弱。
因此行業(yè)研發(fā)的焦點集中到了硫化物和鹵化物，其中硫化物離子電導(dǎo)率高，但對水分和氧敏感；鹵化物電解質(zhì)具有易潮解的特征，容易形成結(jié)晶水使離子電導(dǎo)率急劇下降，而使其干燥脫水溫度又高于200℃，與極片中的粘結(jié)劑耐受溫度沖突，限制了材料的商業(yè)化使用。因此，眾多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)對硫化物和氧化物改性展開了深入研究。
包覆改性是常見的手段。傳統(tǒng)包覆改性，為采用撞擊的方式，通過機(jī)械能將細(xì)小的壁材包覆在電解質(zhì)表面，并由一定的成球效果，常見的的設(shè)備有高混機(jī)、融合機(jī)。基于硫化物和鹵化物的特點，研發(fā)部門需要將設(shè)備放置在隔離器或者特殊的環(huán)境下完成包覆作業(yè)，這對于商業(yè)化生產(chǎn)提出了不小的挑戰(zhàn)。
通過噴霧干燥工藝，可以完成對氧化物和硫化物的包埋，對了，是包埋，不是包覆。具體的，是以固態(tài)電解質(zhì)、高分子聚合物加入油性或有機(jī)溶劑形成混懸液，經(jīng)過噴槍霧化后，使用經(jīng)過加熱后極干無水的惰性氣體進(jìn)行干燥，進(jìn)而達(dá)到包埋效果。不同于融合，由于壁材是從溶液轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，在固態(tài)電解質(zhì)表面會形成連續(xù)膜結(jié)構(gòu)，與包覆相比，有更好的包埋效果。
圖片來源： https://doi.org/10.1016/j.partic.2023.04.005 對于設(shè)備的要求：設(shè)備為閉式循環(huán)設(shè)計，避免溶劑排放至環(huán)境中。循環(huán)氣體中的蒸發(fā)出來的溶劑通過冷凝的方式析出并收集，除濕后的氣體經(jīng)過加熱后再次被賦予干燥能力。從安全角度考量，系統(tǒng)設(shè)計要求高密閉性，防爆等。如果溶劑呈現(xiàn)酸性，塔體材料還要更換成哈氏合金。
對于產(chǎn)品的粒度，可通過噴槍的霧化參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到符合粒度要求的產(chǎn)品，一般地聚合物包覆的電解質(zhì)的粒徑D50為0.1～10μm。
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