新突破：3D打印技術可實現高性能、超低堆壓硫化物基全固態鋰金屬軟包電池大規模生產
固態鋰金屬電池(ASSLMBs)因具備高能量密度和安全性，成為了電池領域的“潛力股”，備受各界關注。然而，鋰枝晶快速生長、庫侖效率低、倍率性能差以及循環穩定性差等難題，如同“攔路虎"嚴重阻礙了其商業化的步伐。
新型多功能復合硫化物電解質(M-CSE)
高能數造客戶--中國科學院物理研究所吳凡研究員團隊，利用其開發的新型多功能復合硫化物電解質(M-CSE)，使用高能數造電池3D打印設備，創造了硫化物基全固態電池的新突破�；谠撾娊赓|的 ASSLMBs 展現出諸多優異性能，如10 mAh cm-2 的面積容量、219 Wh kg-1 的能量密度和 3.76 mAcm-2 的電流密度，在 0.5C 倍率下循環 500 次后容量保持率仍高達 95.04%。
不僅如此，憑借高能數造全固態電池3D打印設備所集成的一體化制造工藝，超低壓硫化物全固態電池的批量制備得以實現；其中 Swagelok 電池堆疊壓力約為30MPa，軟包電池堆疊壓力僅為2MPa。該電池在首次放電循環中實現了128.92 mAh g-1的比容量和219 Wh kg-1的能量密度。更具吸引力的是，M-CSE 界面層由低成本復合材料組成，制備工藝簡單且可擴展，為大規模生產奠定了堅實基礎。
以下是吳凡老師團隊的研究成果要點：
M-CSE 層繼承了高化學穩定性和良好界面親和性的優點。這不僅保護電極材料免受腐蝕性副反應的影響，還為鋰離子傳導提供了平滑的通道。此外，局部界面鈍化的發生，一方面緩解了體積變化帶來的應力，保持了界面的緊密性和穩定性，另一方面進一步抑制了固態電解質的分解，有效減緩鋰枝晶的生長。此外，M-CSE 層可以確保均勻的電場分布，引導鋰的穩定均勻沉積。通過物理隔離和化學平衡的雙重調節機制，M-CSE 層可有效抑制鋰枝晶的生長，并防止其穿透固態電解質層。
吳凡老師的研究通過探索硫化物基固態電解質的高適應性并結合不同電解質類型的獨特優勢，提供了一種新的解決方案，即將先進設計與 3D打印技術相結合，為開發滿足全固態電池商業化需求的下一代固態電解質材料開辟了新的可能性。這種簡單高效的 3D 打印制造方法為全固態電池的大規模生產和應用奠定了堅實基礎，并為未來電池技術的發展提供了重要參考。
圖1.a)具有不穩定界面的電池，其中不斷生長的界面層導致顯著的過電位。b)具有SEI界面的電池，鋰枝晶穿透發生。c)含有M-CSE的電池。
圖2.a-d)不同放大倍數下M-CSE的截面掃描電子顯微鏡(SEM)和能量色散X射線光譜(EDX)圖像。e,f)Li|LiSiSnPSBrO|Li和Li|LPSCILi對稱電池在靜置40小時后的SEM圖像。g,h)Li|M-CSE-LPSCI-M-CSE|Li對稱電池在不同放大倍數下的SEM圖像。
圖3.a-e)不同電解質結構的對稱鋰金屬電池的臨界電流密度(CCD)。f)在1.5 mAcm-2電流密度下的循環穩定性。
圖4.不同ASSLMB配置的倍率性能(0.1-5C)，以及相應的充放電曲線，具體結構如下:a)單一電解質，b)不同比例的MCSE，c)添加M-CSE后的電池，d-g)添加M-CSE后的充放電曲線。
圖5.a-c)在0.5C倍率(面容量為1mAhcm-2)下的放電容量和庫侖效率，d-f)不同循環次數下的相應充放電曲線。
圖6.a)不同面積容量下的LCO|LPSCI-M-CSE|Li全固態電池的充放電曲線。b)邊長為2cm的LCO|LPSCI-M-CSE|Li方形軟包電池的充放電曲線。c-e)面積容量為5 mAhcm-2的LCO|LPSCI-MCSE|Li全固態電池的充放電曲線、倍率性能和循環性能。f)在不同循環時長后的LCO|LPSCI-M-CSE|Li全固態電池的奈奎斯特圖。
高能數造(西安)技術有限公司作為全固態電池智造技術引領者，聚焦"固態電池產線"與"干法電極產線"兩大核心領域，為新能源企業提供從研發到量產的智能化裝備及工藝整體解決方案。
目前，高能數造已經廣泛為客戶提供固態電池與干法電極定制化產線設計與設備集成，包括固態電池中試線建設、干法電極標準化產線搭建、固態電池制造工藝系統優化等核心解決方案:此外，更能通過自研的定制化工藝方案和AI機器人為新能源企業提供固態電池與干法電極從實驗室研發到批量化制造的全周期服務，賦能客戶實現固態電池與干法電極產業化智能制造。
來源：高能數造
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