กระบวนการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตต

แบตเตอรี่โซลิดสเตตและแบตเตอรี่เหลวมีความคล้ายคลึงกันหลายประการในกระบวนการผลิต ตัวอย่างเช่น กระบวนการผลิตแผ่นอิเล็กโทรดจะขึ้นอยู่กับการผสมสารละลาย การเคลือบ และการรีด หลังจากตัดแล้ว แท็บจะถูกเชื่อมและ PACK (ชุดแบตเตอรี่จะถูกประมวลผลเป็นกลุ่ม) อย่างไรก็ตามก็มีความแตกต่างบางประการเช่นกัน

มีความแตกต่างหลักสามประการ:

1) วัสดุแคโทดคอมโพสิตสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตต ส่วนผสมของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและวัสดุแอคทีฟแคโทดถูกใช้เป็นแคโทดคอมโพสิต

2) วิธีการเติมอิเล็กโทรไลต์แบบต่างๆ แบตเตอรี่เหลวเติมอิเล็กโทรไลต์ลงในแบตเตอรี่หลังจากเชื่อมและบรรจุแท็บแล้ว นอกเหนือจากการสร้างแคโทดคอมโพสิตด้วยวัสดุแอคทีฟที่เป็นแคโทดแล้ว อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งยังต้องถูกเคลือบอีกครั้งบนแคโทดคอมโพสิตแบบม้วนอีกด้วย

3) แผ่นอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหลวสามารถรวมกันได้โดยการม้วนหรือซ้อน โดยปกติแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะถูกบรรจุในรูปแบบซ้อนเนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง เช่น ออกไซด์และซัลไฟด์มีความเหนียวต่ำ

เทคโนโลยีหลักของอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งคือการสร้างฟิล์ม ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นกระบวนการแห้ง กระบวนการเปียก และกระบวนการอื่นๆ

เทคโนโลยีหลักของการผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตคือฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งกระบวนการก่อตัว กระบวนการก่อตัวของอิเล็กโทรไลต์จะส่งผลต่อความหนาและคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องของอิเล็กโทรไลต์ ถ้าความหนาบางเกินไป คุณสมบัติทางกลจะค่อนข้างต่ำ ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายและไฟฟ้าลัดวงจรภายในได้ง่าย หากความหนาหนาเกินไป ความต้านทานภายในจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากตัวอิเล็กโทรไลต์เองไม่มีสารออกฤทธิ์ ความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์แบตเตอรี่และระบบจะลดลง

กระบวนการขึ้นรูปฟิล์มเปียก:

การขึ้นรูปฟิล์มที่รองรับแม่พิมพ์ เหมาะสำหรับโพลีเมอร์และอิเล็กโทรไลต์คอมโพสิต เทสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งลงในแม่พิมพ์ และรับฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งหลังจากที่ตัวทำละลายระเหย

การสร้างฟิล์มรองรับอิเล็กโทรดเชิงบวกเหมาะสำหรับฟิล์มอิเล็กโทรไลต์อนินทรีย์และคอมโพสิต สารละลายอิเล็กโทรไลต์แข็งจะถูกเทลงบนพื้นผิวอิเล็กโทรดขั้วบวกโดยตรง และหลังจากที่ตัวทำละลายระเหยออกไป ฟิล์มอิเล็กโทรไลต์แข็งจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวอิเล็กโทรดขั้วบวก

ฟิล์มที่รองรับโครงกระดูกเหมาะสำหรับฟิล์มอิเล็กโทรไลต์คอมโพสิต สารละลายอิเล็กโทรไลต์ถูกฉีดเข้าไปในโครงกระดูก และหลังจากที่ตัวทำละลายระเหยออกไป จะเกิดฟิล์มอิเล็กโทรไลต์แข็งพร้อมส่วนรองรับโครงกระดูก ซึ่งสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเชิงกลของฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ได้

แกนหลักของกระบวนการแบบเปียกคือการเลือกใช้กาวและตัวทำละลาย ตัวทำละลายระเหยง่ายและมีความสามารถในการละลายได้ดีและมีความคงตัวทางเคมีสำหรับอิเล็กโทรไลต์

ข้อเสียของกระบวนการแบบเปียกคือตัวทำละลายอาจเป็นพิษ ต้นทุนโดยรวมค่อนข้างสูง และหากตัวทำละลายระเหยไม่สมบูรณ์ ค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกของอิเล็กโทรไลต์อาจลดลง

กระบวนการขึ้นรูปฟิล์มแห้ง:

ผสมอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและสารยึดเกาะ บดและกระจาย และอัดความดัน (ให้ความร้อน) ส่วนผสมที่กระจายตัวเพื่อเตรียมฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง- วิธีนี้ไม่ใช้ตัวทำละลายและไม่มีตัวทำละลายตกค้าง ข้อเสียของวิธีการแห้งคือฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ค่อนข้างหนา และเนื่องจากไม่มีสารออกฤทธิ์ จึงช่วยลดความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่โซลิดสเตตได้

กระบวนการสร้างฟิล์มอื่นๆ:

รวมทั้งการสะสมไอสารเคมี ฟิสิกส์ เคมีไฟฟ้า และวิธีการอื่นๆ กระบวนการดังกล่าวมีราคาค่อนข้างแพงและเหมาะสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตออลโซลิดฟิล์มบาง

มีวิธีการสร้างฟิล์มอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งหลายวิธี โพลีเมอร์ ซัลไฟด์ และออกไซด์สามารถจับคู่กระบวนการสร้างฟิล์มที่เหมาะสมที่สุดโดยพิจารณาจากคุณลักษณะเฉพาะของพวกมันเอง

(1) อิเล็กโทรไลต์แข็งของโพลีเมอร์มีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดีที่สุดและมีความเข้ากันได้ของกระบวนการที่แข็งแกร่งที่สุด ยกเว้นความจริงที่ว่าพวกมันไม่สามารถทำให้เป็นเม็ดได้และไม่เหมาะสำหรับวิธีการสะสม การสร้างฟิล์มอิเล็กโทรไลต์แข็งของโพลีเมอร์สามารถทำได้โดยการรีดแบบแห้ง การพ่นแบบแห้ง การอัดขึ้นรูป การหล่อด้วยเทป และการแทรกซึม

(2) ซัลไฟด์ไม่เหมาะสำหรับการอัดขึ้นรูปที่อุณหภูมิสูงและการสะสมขนาดเล็กเนื่องจากความเสถียรของอากาศไม่ดี กระบวนการอื่นๆ เช่น การกลิ้งและการฉีดพ่น สามารถใช้ในการสร้างฟิล์มอิเล็กโทรไลต์แข็งซัลไฟด์ได้

(3) ออกไซด์มีคุณสมบัติเป็นเซรามิกและมีความเปราะสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างเป็นฟิล์มโดยการรวมการสะสมของอนุภาคและการเผาผนึก หรือโดยการหล่อภายใต้สภาวะการผสมสารละลาย

แบตเตอรี่กึ่งแข็งเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิม และอุปกรณ์การผลิตโดยพื้นฐานแล้วเข้ากันได้กับแบตเตอรี่ลิเธียม เพียงแต่ต้องมีการเพิ่มสายการผลิตใหม่โดยเฉพาะสำหรับตัวแยกกึ่งของแข็ง และอุปกรณ์การผลิตก็เข้ากันได้กับอุปกรณ์สำหรับตัวแยกแบตเตอรี่ของเหลว

แบตเตอรี่กึ่งแข็งจำเป็นต้องใช้ตัวแยกที่มีรูพรุนขนาดใหญ่และมีความแข็งแรงสูงกว่า และใช้กระบวนการเปียกร่วมกับกระบวนการเคลือบ

เมื่อเทียบกับแบตเตอรี่แบบเดิม ไม่มีการเปลี่ยนแปลงกระบวนการที่ชัดเจนในตัวแยกของแบตเตอรี่กึ่งแข็ง และสามารถปรับพารามิเตอร์ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแบตเตอรี่กึ่งแข็งจำเป็นต้องปรับปรุงการนำไอออน ตัวแยกจึงต้องมีขนาดรูพรุนที่ใหญ่ขึ้นและมีความแข็งแรงสูงขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีกระบวนการยืดและการเคลือบแบบเปียก

นอกจากนี้ ความต้องการตัวแยกต่อหน่วยสำหรับแบตเตอรี่กึ่งแข็งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง