高能量密度和高安全性是固態(tài)電池的最大特點(diǎn)。全固態(tài)電池的工業(yè)化主要受固態(tài)電解質(zhì)、界面問題和電極加工的影響。如果能量密度要超過400Wh/kg，在現(xiàn)有的化學(xué)體系下，由于脆性和溶劑敏感性，傳統(tǒng)的液體電池電極加工技術(shù)很難滿足相應(yīng)的厚電極加工要求。

鑒于干電極過去在超級電容器行業(yè)的成功，研究和工程開發(fā)商希望將這項(xiàng)技術(shù)引入電池電極制造。干電極的主要創(chuàng)新是由固體顆粒粉末直接制備電極膜，省去了多個(gè)制造環(huán)節(jié)。干電極技術(shù)可以顯著簡化制造工藝，重建電極微觀結(jié)構(gòu)，提高材料相容性。本文主要介紹了干電極在全固態(tài)電池中的應(yīng)用前景。

 

干電極工藝

 

干式混合

主要方法是使用機(jī)械和物理方法將活性材料、導(dǎo)電劑、粘合劑等均勻混合，并在干混過程中避免結(jié)塊（防止均勻混合）。目前更先進(jìn)的技術(shù)是使用雙刀片研磨或先進(jìn)的氣體輔助混合技術(shù)，這兩種技術(shù)都有助于將顆?；旌暇鶆颍苊膺^度團(tuán)聚。干混是固態(tài)電池制造中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它決定著電池電極的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

 

干涂層

主要有幾個(gè)類別，第一個(gè)Maxwell干電極。布局中的相關(guān)專利包括干式混合、干式原纖化、干式進(jìn)料、干式壓實(shí)/壓延和粘合，這些工藝與輥對輥生產(chǎn)線兼容。在混合過程中，通過剪切粘合劑將混合物形成面團(tuán)混合物，然后將面團(tuán)混合物干燥原纖化，然后熱軋/壓延以形成膜。

面對高粘結(jié)劑要求，Maxwell使用了分子量為106–107 g/mol、加工溫度為80°C的PTFE，以及額外的壓延工藝來控制電極的厚度并有效降低孔隙率。二是干混噴涂。干混合后，將混合物制成流動的顆粒，然后將混合的顆粒噴涂在集電體上以形成薄膜。

 

 

使用靜電噴涂技術(shù)是理想的選擇，這有助于提高附著力和制造效率。此外，可以通過使用特殊粘合劑通過紫外線固化來提高附著力。干式噴涂最大的困難是難以控制負(fù)載、厚度和均勻性。第三，熱壓和熔融擠出，用于制造固體聚合物電解質(zhì)（SPE）全固態(tài)電池。

第三個(gè)是3D打印。基于熱塑性聚合物SSE的電極可以通過3D打印技術(shù)制造，但對于無機(jī)材料，目前基本不成熟，商業(yè)化前景不確定。目前，Maxwell的干電極工藝是最有商業(yè)價(jià)值的。

 

干電極接合機(jī)制

干電極的微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)合機(jī)制與傳統(tǒng)的液體電池不同。電極的微觀結(jié)構(gòu)將受到粘結(jié)劑分布的影響。此外，粘合劑的類型和分布也會影響電極的強(qiáng)度和電池性能。

這種分布在很大程度上受到固體顆粒的表面能的影響。研究表明，PTFE與大多數(shù)正極和負(fù)極材料相容，而PVDF與LLZO等固體電解質(zhì)的相容性較差。目前，在干電極中使用最廣泛的粘合劑是PTFE。與氧化物固體電解質(zhì)相比，硫化物電解質(zhì)更容易與活性材料接觸。

 

 

干電極的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

 

干電極的優(yōu)點(diǎn)

干電極的主要優(yōu)點(diǎn)是：

● 首先，成本優(yōu)勢。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)，考慮到材料總成本和電池制造工藝，電極制造過程中的噴涂、干燥和溶劑占電極制造成本的48%以上。

那么整個(gè)電極的制造、涂覆、干燥和溶劑回收步驟占總成本的19.56%，尤其是干燥和溶劑的回收不僅需要增加溶劑回收設(shè)備的投資，而且能耗巨大。使用干電極可以有效地降低電極制造成本，估計(jì)成本降低約10%至15%。

● 第二，提高電極的性能，降低電極的孔隙率，有效地增加電極的厚度，從而增加電池的能量密度，增加電極的強(qiáng)度，并通過減少非活性成分來提高電極的倍率性能。

 

干電極的挑戰(zhàn)

干電極的主要挑戰(zhàn)是：

● 首先，干電極粘合劑在不同工藝中的作用機(jī)理尚未得到充分研究，粘合劑篩選的研究已經(jīng)加快。應(yīng)充分研究不同的工藝，特別是應(yīng)充分證明不同粘合劑與不同材料的兼容性。

 

 

● 其次，干電極在長期循環(huán)過程中的變化尚未得到充分的研究。應(yīng)充分理解在循環(huán)過程中由干電極制備的電極的演變。

● 第三，需要討論干電極的規(guī)模生產(chǎn)效率。目前，大批量干電極的均勻性和成膜性仍需不斷提高。

 

結(jié)論

總之，干電極制造工藝適用于全固態(tài)電池電極的制造，可以避免傳統(tǒng)電池電極制造工藝中溶劑和固態(tài)電解質(zhì)之間的兼容性等問題。然而，在這個(gè)階段，干電極不能完全滿足電池電極制備的要求。

全固態(tài)電池領(lǐng)域的應(yīng)用受到當(dāng)前全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模的影響，該技術(shù)的可行性無法完全驗(yàn)證。對于干電極來說，這取決于全固態(tài)電池行業(yè)的發(fā)展，該行業(yè)的爆發(fā)還需要一段時(shí)間。