硫化物全固態(tài)電池存諸多挑戰(zhàn) 歐陽明高院士團(tuán)隊公布最新研究進(jìn)展(4)

6、硫化物全固態(tài)電池的關(guān)鍵性能指標(biāo)

為了滿足汽車應(yīng)用的要求，有必要對ASSB幾個關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）進(jìn)行綜合評估，能量和功率特性決定了ASSB的基本性能，循環(huán)和日歷壽命決定了ASSB的使用壽命，而安全性是在ASSB應(yīng)用時最重要的性能。學(xué)術(shù)和行業(yè)研究人員應(yīng)考慮所有KPI，而非僅僅一兩個，特別是在ASSB推向市場時。

圖14 汽車應(yīng)用中硫化物 ASSB 在能量和功率特性、循環(huán)和日歷壽命以及安全性能方面的主要性能指標(biāo)和測試規(guī)范。

對于倍率性能，現(xiàn)有ASSB在倍率超過0.5C時，大部分容量利用率低于85%，仍低于電動汽車的要求，需要進(jìn)一步突破界面和復(fù)合電極水平的輸運限制，提高ASSB的倍率性能以滿足電動汽車的要求。對于循環(huán)壽命，目前已有關(guān)于硫化物ASSB循環(huán)壽命超過1000次的報道，表明硫化物基ASSB具有長期循環(huán)穩(wěn)定性的潛力，但需要對ASSB的衰減機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的定量表征和分析。而硫化物基ASSB的日歷老化性能尚未得到全面的評估，需要更多關(guān)注。

圖15 文獻(xiàn)報道的硫化物基ASSB倍率性能和循環(huán)壽命總結(jié)。(a) 與理論容量相比，ASSB在不同倍率下的容量利用率，符號的大小代表所測ASSB的面容量；(b) ASSB在達(dá)到初始容量的80%之前的預(yù)估循環(huán)次數(shù)，符號的大小代表循環(huán)過程中的DOD范圍。

ASSB的安全性在很大程度上取決于AMs和SEs之間的熱化學(xué)反應(yīng)，而不是單個組分的可燃性或熱穩(wěn)定性，硫化物全固態(tài)電池潛在的安全問題包括：

1）正極釋氧及其引起的氧化還原放熱反應(yīng)；

2）負(fù)極鋰枝晶生長導(dǎo)致的內(nèi)短路；

3）固態(tài)電解質(zhì)被氧化/水解產(chǎn)生有毒、可爆燃的SO₂，H₂S等氣體。

圖16 硫化物基ASSB的潛在安全風(fēng)險

7、大規(guī)模生產(chǎn)硫化物基全固態(tài)電池

硫化物全固態(tài)電池對材料/界面/電極等各層面均有較高的要求，高性能硫化物全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化仍面臨著一系列的挑戰(zhàn)。為了大規(guī)模生產(chǎn)硫化物基ASSB，必須通過連續(xù)工藝制備片狀電極和SE膜。

7.1、硫化物全固態(tài)電池片狀電極制備

復(fù)合電極構(gòu)筑方法分為傳統(tǒng)濕法涂布、固態(tài)電解質(zhì)滲透法和干法電極，其中干法電極技術(shù)可以避免使用有機(jī)/極性溶劑，在制膜過程中只需極少量的粘合劑，特別適用于制備硫化物全固態(tài)電池，但目前工藝尚未成熟，且缺少可用的量產(chǎn)設(shè)備。

圖17 硫化物基ASSB的代表性片狀電極制備工藝。(a) 濕法涂布工藝；(b)SE溶液滲透工藝；(c)無溶劑干法膜工藝。

7.2、硫化物電解質(zhì)膜制備

與極片制備方法類似，硫化物電解質(zhì)膜的制備方法有濕法涂布、骨架支撐溶液滲透法和無溶劑干法制膜。對于濕法涂布，溶劑-粘合劑對和工藝參數(shù)對于硫化物電解質(zhì)膜的離子電導(dǎo)率和可加工性至關(guān)重要，需要仔細(xì)考慮；對于骨架支撐溶液滲透法，硫化物與溶劑之間的化學(xué)不兼容性仍是主要挑戰(zhàn)，會降低硫化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率，此外還需要大規(guī)模生產(chǎn)合適骨架的方法；無溶劑干法膜發(fā)展前景良好，可以降低生產(chǎn)成本，提高整體性能，但其工藝參數(shù)和放大設(shè)備有待進(jìn)一步研究。

圖18 制造SE膜的方法。(a)濕法涂布；(b)骨架支撐SE溶液滲透法；(c) 無溶劑干法膜。