Основні відмінності між процесами виготовлення твердотільних і рідких акумуляторів
Частково сумісні з рідкими літієвими акумуляторами, складені листові, формування плівки є ключовою ланкою. Твердотільні акумулятори використовують композитні позитивні електроди, метод додавання електроліту відрізняється від рідких акумуляторів, переважно складені листи. Твердотільні акумулятори та рідкі акумулятори мають багато подібностей у процесі виготовлення, наприклад, виготовлення контактних пальців електродів базується на змішуванні суспензії, нанесенні покриття та розтягуванні, різання виконується після зварювання контактних пальців, PACK (об’єднання акумуляторних елементів у блоки), найголовніші відмінності полягають у трьох пунктах:
(1) Композитний матеріал катода твердотільного акумулятора, тобто суміш твердотільного електроліту та активного матеріалу катода у вигляді композитного катода;
(2) Електроліт додається інакше: у рідкі акумулятори електроліт вводиться в акумулятор, а після зварювання контактних пальців він герметизується, тоді як твердотільний електроліт необхідно знову наносити на композитний анод після його розтягування, а також формувати композитний анод із активною речовиною анода;
(3) Контактні пальці рідких літієвих іонних акумуляторів можна комбінувати у вигляді звитки або складання, тоді як твердотільні акумулятори зазвичай герметизують у вигляді складання через низьку міцність їхніх твердих електролітів, таких як оксиди та сульфіди.
Формування плівки твердотільного електроліта: основні процеси та технології
Основний процес виготовлення твердотільного електроліта — це формування плівки, який можна поділити на сухий, вологий та інші процеси. У виготовленні твердотільних акумуляторів ключовим є етап формування плівки твердотільного електроліта, оскільки процес формування плівки впливає на товщину електроліта та відповідні характеристики. Тонка плівка матиме відносно погані механічні властивості, що може призвести до її руйнування та внутрішнього короткого замикання, а товстіша — до збільшення внутрішнього опору. Оскільки сам електроліт не містить активної речовини, це знижує енергощільність окремого моноблока та всієї системи.
① Вологий процес формування плівки
Формування плівки на підкладці: застосовується для полімерних та композитних електролітів, розчин твердого електроліта заливається у форму, а після випаровування розчинника отримується плівка твердого електроліта; формування плівки на анодній підкладці: застосовується для неорганічних та композитних електролітів, розчин твердого електроліта наноситься безпосередньо на поверхню анода, а після випаровування розчинника на поверхні анода утворюється плівка твердого електроліта; формування плівки на каркасній підкладці: застосовується для композитних електролітів, розчин електроліта вводиться в каркас, а потім проводиться випаровування розчинника; формування плівки на каркасній підкладці: застосовується для композитних електролітів, розчин електроліта вводиться в каркас, а після випаровування розчинника утворюється плівка твердого електроліта на каркасній підкладці, що може покращити механічну міцність плівки електроліта. Основою вологого процесу є вибір сполучної речовини та розчинника, який легко випаровується, має хорошу розчинність і хімічну стабільність щодо електроліта. Недоліком вологого процесу є те, що розчинник може бути токсичним, а загальні витрати відносно високі. Якщо випаровування розчинника неповне, це може знизити іонну провідність електроліта.
② Сухий процес формування плівки
Електроліт змішують зі сполучною речовиною, а потім подрібнюють і диспергують, після чого дисперснувану суміш готують під тиском (з нагріванням) для отримання плівки твердого електроліта. Цей метод не використовує розчинників, тому не залишається їхніх слідів. Недоліком сухого методу є відносно велика товщина плівки електроліта, а через відсутність у ній активних речовин це знижує енергощільність твердотільного акумулятора.
③ Процес формування плівки за допомогою пари
Включає хімічне, фізичне, електрохімічне парове відкладання, вакуумне нанесення тонких плівок та інші методи. Такі процеси є дорожчими й підходять для тонкоплівкових твердотільних акумуляторів.
Твердотільні акумулятори: матеріали твердих електролітів та процеси формування їхніх плівок
Полімери сумісні з ширшим спектром процесів, сульфіди висувають вищі вимоги до екологічності, а оксиди підходять для нанесення та лиття. Існує багато методів формування плівок твердих електролітів, і полімери, сульфіди та оксиди можуть поєднувати власні характеристики для підбору найбільш відповідного процесу формування плівки.
(1) Полімерний твердий електроліт має найвищу технологічну сумісність завдяки оптиманим характеристикам обробки. Окрім того, через неможливість гранулювання він не підходить для методів нанесення, але для отримання плівки полімерного твердого електроліта можна застосовувати процеси розтягування, сухого нанесення, екструзії, лиття та просочування.
(2) Сульфіди через низьку стабільність на повітрі не підходять для високих температур, необхідних для екструзії, а також для методів нанесення з малими розмірами. Крім того, для плівки сульфідного твердого електроліта можна застосовувати процеси розтягування, нанесення та інші.
(3) Оксиди через свої керамічні властивості та високу крихкість потребують поєднання з частинками за допомогою нанесення + спікання для утворення плівки або змішування з розчином за умов лиття у форми.
