Tous les procédés d'électrodes sèches pour batteries à l'état solide, avantages et défis

Si la densité énergétique doit dépasser 400Wh/kg, dans le cadre du système chimique existant, la technologie traditionnelle de traitement des électrodes de batteries liquides peut difficilement répondre aux exigences de traitement des électrodes épaisses correspondantes en raison de leur fragilité et de leur sensibilité aux solvants.

Compte tenu du succès de l'initiative électrode sèche Dans l'industrie des supercondensateurs, les chercheurs et les ingénieurs prévoient d'introduire cette technologie dans la fabrication des électrodes de batterie. La principale innovation de l'électrode sèche consiste à préparer directement le film d'électrode à partir d'une poudre de particules solides, éliminant ainsi les multiples liens de fabrication.

La technologie des électrodes sèches peut simplifier considérablement le processus de fabrication, reconstruire la microstructure de l'électrode et améliorer la compatibilité des matériaux. Ce document se concentre principalement sur les perspectives d'application des électrodes sèches dans toutes les batteries à l'état solide.

Procédé d'électrode sèche

Mélange à sec

La principale méthode consiste à utiliser des méthodes mécaniques et physiques pour mélanger uniformément les matières actives, les agents conducteurs, les liants, etc. et éviter l'agglomération (empêcher le mélange uniforme) pendant le processus de mélange à sec. La technologie la plus avancée à l'heure actuelle consiste à utiliser le broyage à double lame ou la technologie avancée de mélange assisté par gaz, qui permettent tous deux de mélanger les particules de manière uniforme et d'éviter une agglomération excessive. Le mélange à sec est une technologie clé dans la fabrication des piles à l'état solide, qui détermine la qualité et l'efficacité de production des électrodes de piles.

Revêtement à sec

Il existe plusieurs catégories principales, la première étant l'électrode sèche Maxwell. Les brevets correspondants dans le schéma comprennent le mélange à sec, la fibrillation à sec, l'alimentation à sec, le compactage/calandrage à sec et le collage, qui sont des processus compatibles avec les lignes de production de bobines à bobines. Au cours du processus de mélange, le mélange est transformé en pâte en cisaillant le liant, puis la pâte est fibrillée à sec et ensuite laminée à chaud/calandrée pour former un film.

Face aux exigences élevées en matière de liant, Maxwell a utilisé du PTFE d'un poids moléculaire de 106 à 107 g/mol, une température de traitement de 80 °C et un processus de calandrage supplémentaire pour contrôler l'épaisseur de l'électrode et réduire efficacement la porosité. La deuxième méthode est la pulvérisation par mélange à sec. Après le mélange à sec, le mélange est transformé en particules fluides, puis les particules mélangées sont pulvérisées sur le collecteur de courant pour former un film mince.

L'idéal est d'utiliser la technologie de pulvérisation électrostatique, qui permet d'améliorer l'adhérence et l'efficacité de la fabrication. En outre, l'adhérence peut être améliorée par le durcissement aux UV grâce à l'utilisation d'adhésifs spéciaux. La plus grande difficulté de la pulvérisation à sec est de contrôler la charge, l'épaisseur et l'uniformité. Le troisième procédé, le pressage à chaud et l'extrusion à l'état fondu, est utilisé dans la fabrication d'électrolytes polymères solides (SPE) pour toutes les batteries à l'état solide.

La troisième est l'impression 3D. Les électrodes basées sur des polymères thermoplastiques SSE peuvent être fabriquées par la technologie de l'impression 3D, mais pour les matériaux inorganiques, cette technologie est fondamentalement immature à l'heure actuelle, et les perspectives de commercialisation sont incertaines. À l'heure actuelle, le procédé d'électrodes sèches de Maxwell est le plus intéressant sur le plan commercial.

Mécanisme de collage des électrodes sèches

La microstructure et le mécanisme de liaison de l'électrode sèche sont différents de ceux des batteries conventionnelles à liquide. La microstructure de l'électrode sera affectée par la distribution du liant. En outre, le type et la distribution du liant affectent également la résistance de l'électrode et la résistance de la batterie. performance de la batterie.

Cette distribution est fortement influencée par l'énergie de surface des particules solides. Des études ont montré que le PTFE est compatible avec la plupart des matériaux de cathode et d'anode, tandis que le PVDF est peu compatible avec les électrolytes solides tels que le LLZO. À l'heure actuelle, le liant le plus utilisé dans les électrodes sèches est le PTFE. Par rapport aux électrolytes solides à base d'oxyde, les électrolytes à base de sulfure peuvent être plus facilement mis en contact avec les matériaux actifs.

Avantages et défis de l'électrode sèche

Avantages de l'électrode sèche

Les principaux avantages de l'électrode sèche sont les suivants

● Premièrement, l'avantage en termes de coûts. Selon les statistiques des laboratoires, la pulvérisation, le séchage et les solvants dans le processus de fabrication des électrodes représentent plus de 48% du coût de fabrication des électrodes, en tenant compte du coût total des matériaux et du processus de fabrication de la batterie.

Les étapes de fabrication, d'enrobage, de séchage et de récupération des solvants de l'électrode représentent 19,56% du coût total, en particulier le séchage et la récupération des solvants qui nécessitent non seulement un investissement accru dans l'équipement de récupération des solvants, mais qui consomment également beaucoup d'énergie. L'utilisation d'électrodes sèches peut réduire efficacement le coût de fabrication des électrodes, qui devrait diminuer d'environ 101 à 151 TTP3.

● Deuxièmement, améliorer les performances de l'électrode, réduire la porosité de l'électrode et augmenter effectivement l'épaisseur de l'électrode, augmentant ainsi la densité énergétique de la batterie, augmentant la résistance de l'électrode et améliorant les performances de l'électrode en réduisant les composants inactifs.

Défis de l'électrode sèche

Les principaux défis de l'électrode sèche sont les suivants :

● Premièrement, le mécanisme des liants pour électrodes sèches dans différents processus n'a pas été entièrement étudié, et la recherche sur la sélection des liants a été accélérée. Les différents processus doivent être étudiés en détail, et la compatibilité des différents liants avec les différents matériaux doit être pleinement démontrée.

● Deuxièmement, les modifications de l'électrode sèche au cours d'un cycle de longue durée n'ont pas été entièrement étudiées. L'évolution des électrodes préparées par électrode sèche au cours du cyclage devrait être pleinement comprise.

● Troisièmement , l'efficacité de la production à grande échelle d'électrodes sèches doit être examinée. À l'heure actuelle, l'uniformité et la formation du film de l'électrode sèche dans les grands lots doivent encore être améliorées en permanence.

Conclusion

En conclusion, le processus de fabrication d'électrodes sèches convient à la fabrication de toutes les électrodes de batteries à l'état solide, ce qui permet d'éviter des problèmes tels que la compatibilité entre les solvants et les électrolytes à l'état solide dans le processus conventionnel de fabrication d'électrodes de batteries. Cependant, à ce stade, l'électrode sèche ne peut pas répondre entièrement aux exigences de la préparation des électrodes de batterie.

L'application dans le domaine des piles à l'état solide est affectée par l'échelle industrielle actuelle des piles à l'état solide, et la faisabilité de la technologie ne peut pas être entièrement vérifiée. En ce qui concerne les électrodes sèches, elles dépendent du développement de l'industrie des batteries à l'état solide, et il faudra un certain temps avant que cette industrie n'explose.