首页科技日报记者 宋迎迎 通讯员 胡磊
5月21日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称青岛能源所）获悉，该所固态能源系统技术中心研究团队利用熔融黏结技术，干法制备出具有出色柔韧性的超薄硫化物固态电解质膜，其优异的力学性能、离子电导率以及应力耗散特性可有效抑制电池内部应力不均导致的机械失效。运用该方法制备出的一体化全固态电池具有优异的界面稳定性、长循环性能。研究成果以“熔融粘结干法制备具有超薄电解质的硫化物全固态电池”为题发表在《先进材料》上。
硫化物固态电解质膜的照片和SEM展示以及SX-CT对应力耗散机制的解析。胡磊制图
青岛能源所研究团队针对全固态电池干法制备过程中各组分分散不均问题，提出低压力制备的熔融粘结策略。研究人员在粘流态下将低粘度的热塑性聚酰胺（TPA）与硫化物Li6PS5Cl进行预混，进而热压成型，诱导TPA在硫化物颗粒间隙渗透，构建聚合物逾渗网络，制备出兼具优异的柔韧性、热塑性、可弯曲性、拉伸性和较高离子电导率的超薄硫化物固态电解质膜。
“我们使用同步辐射X射线断层扫描（SX-CT），对循环过后的对称电池进行观测，发现该超薄膜能够有效抑制循环过程中因电极体积膨胀带来的界面分离和电解质碎裂等问题，保持界面稳定。这证明了在固态电解质内部构建完整的聚合物逾渗网络，不仅有利于其薄层化，更有利于耗散电池运行过程中的不均匀内应力，降低机械失效风险。”青岛能源所固态能源系统技术中心研究员崔光磊介绍说。
一体化硫化物全固态电池的长循环性能。胡磊制图
研究团队以正极和薄层电解质的界面融合为策略，使用纯硅负极，制备出一体化全固态电池。该种电池在478次充放电循环后容量保持率大于80%。研究团队进一步提升该种电池的正极负载量，其能量密度超过370瓦时/千克，可充放电超过1600次，使用寿命超过10000小时。团队运用该策略制备的高电压（8.5V）双极电池和软包电池，进一步证明其实用价值和产业化潜力，对硫化物全固态电池的商业化具有重要意义，为全固态电池未来科学研究和工艺技术发展提供了有力参考。