Todo el proceso de electrodos secos de las pilas de estado sólido, ventajas y retos
La alta densidad de energía y la gran seguridad son las principales características del batería de estado sólido. La industrialización de todas las baterías de estado sólido se ve afectada principalmente por los electrolitos de estado sólido, los problemas de interfaz y el procesamiento de los electrodos.
Si la densidad de energía ha de superar los 400 Wh/kg, con el sistema químico existente, la tecnología tradicional de procesamiento de electrodos de baterías líquidas es difícil que cumpla los requisitos correspondientes de procesamiento de electrodos gruesos debido a su fragilidad y sensibilidad a los disolventes.
Dado el éxito de electrodo seco en la industria de los supercondensadores en el pasado, los desarrolladores de investigación e ingeniería esperan introducir esta tecnología en la fabricación de electrodos para baterías. La principal innovación del electrodo seco es la preparación directa de la película del electrodo a partir de partículas sólidas en polvo, lo que elimina múltiples eslabones de fabricación.
La tecnología de electrodos secos puede simplificar considerablemente el proceso de fabricación, reconstruir la microestructura de los electrodos y mejorar la compatibilidad de los materiales. Este artículo se centra principalmente en las perspectivas de aplicación de los electrodos secos en todas las baterías de estado sólido.
Proceso de electrodo seco
Mezclado en seco
El método principal consiste en utilizar métodos mecánicos y físicos para mezclar uniformemente los materiales activos, los agentes conductores, los aglutinantes, etc., y evitar la aglomeración (impedir la mezcla uniforme) durante el proceso de mezcla en seco. La tecnología más avanzada en la actualidad consiste en utilizar la molienda de doble cuchilla o la tecnología avanzada de mezcla asistida por gas, que ayudan a mezclar las partículas uniformemente y evitan la aglomeración excesiva. La mezcla en seco es una tecnología clave en la fabricación de baterías de estado sólido, que determina la calidad y la eficiencia de producción de los electrodos de las baterías.
Revestimiento en seco
Hay varias categorías principales, la primera Maxwell electrodo seco. Las patentes relacionadas en la disposición incluyen la mezcla en seco, la fibrilación en seco, la alimentación en seco, la compactación/calandrado en seco y la unión, que son procesos compatibles con las líneas de producción rollo a rollo. Durante el proceso de mezclado, la mezcla se convierte en una masa mediante el cizallamiento del aglutinante y, a continuación, la mezcla se fibrila en seco y se enrolla/calandra en caliente para formar una película.
Ante los elevados requisitos de aglutinante, Maxwell utilizó PTFE con un peso molecular de 106 - 107 g/mol, una temperatura de procesamiento de 80 °C y un proceso de calandrado adicional para controlar el grosor del electrodo y reducir eficazmente la porosidad. La segunda es la pulverización de mezcla seca. Tras el mezclado en seco, la mezcla se convierte en partículas fluidas y, a continuación, las partículas mezcladas se pulverizan sobre el colector de corriente para formar una película fina.
Lo ideal es utilizar la tecnología de pulverización electrostática, que ayuda a mejorar la adherencia y la eficacia de fabricación. Además, la adherencia puede aumentarse con el curado UV mediante el uso de adhesivos especiales. La mayor dificultad de la pulverización en seco es la dificultad de controlar la carga, el grosor y la uniformidad. El tercero, el prensado en caliente y la extrusión de masa fundida, se utiliza en la fabricación de electrolito polimérico sólido (SPE) todas las baterías de estado sólido.
La tercera es la impresión 3D. Los electrodos basados en SSE de polímeros termoplásticos pueden fabricarse mediante tecnología de impresión 3D, pero en el caso de los materiales inorgánicos, en la actualidad está básicamente inmadura, y las perspectivas de comercialización son inciertas. En la actualidad, el proceso de electrodo seco de Maxwell es el más valioso desde el punto de vista comercial.
Mecanismo de unión de electrodos en seco
La microestructura y el mecanismo de unión del electrodo seco son diferentes de los de las pilas líquidas convencionales. La microestructura del electrodo se verá afectada por la distribución del aglutinante. Además, el tipo y la distribución del aglutinante también afectarán a la resistencia del electrodo y a la rendimiento de la batería.
Esta distribución se ve muy afectada por la energía superficial de las partículas sólidas. Los estudios han demostrado que el PTFE es compatible con la mayoría de los materiales de cátodo y ánodo, mientras que el PVDF tiene poca compatibilidad con electrolitos sólidos como el LLZO. En la actualidad, el aglutinante más utilizado en el electrodo seco es el PTFE. En comparación con los electrolitos sólidos de óxido, los electrolitos de sulfuro pueden entrar en contacto más fácilmente con los materiales activos.
Ventajas y retos del electrodo seco
Ventajas del electrodo seco
Las principales ventajas del electrodo seco son
● Primero, la ventaja de los costes. Según las estadísticas de laboratorio, la pulverización, el secado y los disolventes en el proceso de fabricación del electrodo suponen más de 48% del coste de fabricación del electrodo, teniendo en cuenta el coste total del material y el proceso de fabricación de la batería.
A continuación, todas las fases de fabricación de electrodos, recubrimiento, secado y recuperación de disolventes representan 19,56% del coste total, especialmente el secado y la recuperación de disolventes, que no sólo requieren una mayor inversión en equipos de recuperación de disolventes, sino que también tienen un enorme consumo de energía. El uso de electrodos secos puede reducir eficazmente el coste de fabricación de los electrodos, que se estima que puede reducirse entre 10% y 15%.
● Segundo, mejorar el rendimiento del electrodo, reduciendo la porosidad del electrodo y aumentando efectivamente el espesor del electrodo, aumentando así la densidad energética de la batería, aumentando la resistencia del electrodo y mejorando el rendimiento de la tasa del electrodo mediante la reducción de los componentes inactivos.
Desafíos del electrodo seco
Los principales retos del electrodo seco son:
● Primero, No se ha estudiado a fondo el mecanismo de los aglutinantes de electrodos secos en diferentes procesos, y se ha acelerado la investigación sobre el cribado de aglutinantes. Deberían estudiarse a fondo los distintos procesos y, sobre todo, debería demostrarse plenamente la compatibilidad de los distintos aglutinantes con los distintos materiales.
● Segundo, Los cambios del electrodo seco durante el ciclado a largo plazo no se han estudiado completamente. Debe conocerse a fondo la evolución de los electrodos preparados por electrodo seco durante el ciclado.
● Tercero, Es necesario debatir la eficacia de la producción a escala del electrodo seco. En la actualidad, la uniformidad y la formación de película del electrodo seco en grandes lotes siguen necesitando mejoras continuas.
Conclusión
En conclusión, el proceso de fabricación de electrodos en seco es adecuado para la fabricación de todos los electrodos de batería de estado sólido, lo que puede evitar problemas como la compatibilidad entre disolventes y electrolitos de estado sólido en el proceso convencional de fabricación de electrodos de batería. Sin embargo, en esta fase, el electrodo seco no puede satisfacer plenamente los requisitos de la preparación de electrodos de batería.
La aplicación en el campo de todas las baterías de estado sólido se ve afectada por la escala industrial actual de todas las baterías de estado sólido, y la viabilidad de la tecnología no puede verificarse por completo. En el caso del electrodo seco, depende del desarrollo de la industria de las baterías de estado sólido, y se necesitará algún tiempo para que la industria explote.
