从液态到固态：聚合物电解质及其固态成膜技术综述

传统液态电解质存在的安全隐患,限制了锂电池的进一步发展,相比之下,固态聚合物电解质不仅具备优异的机械强度,还能提供稳定的离子传导路径,确保了电池在充放电循环中的高效运行。本文将探讨固态聚合物电解质的技术特点及制备工艺。

一、聚合物电解质概述

金属锂由于其高的理论比能量和低的氧化还原电位,使其成为最具前景的锂电池电极材料之一。锂金属负极在实际应用中也存在诸多问题,锂枝晶的生长会刺穿隔膜,引起电池的短路和热失控甚至引燃电解液导致严重的安全隐患。

使用具有高机械强度的固态聚合物电解质取代易燃性有机电解液可以有效阻止锂枝晶生长从而提高锂金属电池的安全性。聚合物电解质(SPE)是通过将无机锂盐溶解到高分子量聚合物基质中而产生的,如下图所示。SPE夹在可充电锂电池的阳极和阴极之间,聚合物电解质膜既传输锂离子又充当隔膜。

二、聚合物电解质的制备工艺

聚合物电解质膜的制备通常包括以下几个步骤:分子设计、溶液制备、膜形成、性能评估。

1)分子设计

包括单体选择,共聚、交联、接枝、有机-无机杂化,无机填料或增塑剂共混等,使得这些聚合物具有一定的链柔性和机械强度、热稳定性和化学稳定性。

2)溶液制备

根据所选用的聚合物,将其加入适当的溶剂中,并加入一定比例的盐类,以提高膜的离子传导性能。溶液的制备需要一定的工艺控制,如溶剂的选择、聚合物和盐类的浓度等,以确保膜的质量和性能。

3)膜形成

通过涂布方法(如刮刀法或旋涂法)将溶液均匀地涂在支撑体上,然后进行干燥和固化处理,使溶剂挥发并让聚合物固定成膜。必要时进行额外的后处理步骤,如热压或辐照交联,以增强膜的性能。

4)性能评估

测试新制备的膜的各种物理、电化学和机械性能,确保其符合预期的应用要求。这包括测量厚度、离子传导率、机械强度等,并可能涉及组装小型燃料电池或其他设备来进行实际性能验证。

三、米开罗那固态电解质成膜机简介

固态电解质成膜机是通过特定的工艺和技术,将固态电解质材料(聚合物电解质、硫化物电解质等)加工成薄膜状的机器,它主要用于制备固态电池中的关键材料——固态电解质膜,该膜在充放电过程中负责传导锂离子,并保持电池内部结构的稳定。

米开罗那固态电解质成膜机

米开罗那固态电解质膜成型机的优点如下:

1. 高精度制造:

   设备采用前沿的控制系统和机械结构,能够实现微米级别的精度控制。这确保了电解质膜的尺寸和形状精确无误。

2. 全自动化生产:

   从材料准备到成型、封装等多道工序实现了全自动化生产,大幅减少了人力需求、降低了人为操作误差。

3. 无氧无水环境:

   整个生产过程在手套箱内完成,水氧含量被严格控制在极低水平(如1ppm以下),有效保护电解质膜免受污染和氧化。

4. 适应新材料发展:

   该设备不仅适用于当前主流的固态电解质材料,还能够随着新型材料的发展而灵活调整,支持聚合物电解质、硫化物电解质等高性能材料的应用。

聚合物电解质作为固态电池中的关键组成部分,其制备工艺和设备的选择对于固态电池的性能和安全性至关重要。米开罗那的固态电解质膜成型机凭借其高精度、全自动化等多种优势,在推动固态电池技术进步方面起到了关键作用。