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硫化物、鹵化物固態電解質噴霧干燥包埋改性
2025-08-05
毋庸置疑，固態電解質是固態電池的極其關鍵的一環。
縱觀當下在研的固態電解質，氧化物等陶瓷固態電解質體系涉及復雜，機械加工性能差難以解決物理接觸問題；硼氫化物熱力學穩定性、與正負極之間的適配性以及抑制枝晶生長的能力等不足；聚合物固態電解質需要高溫運行，且導離子能力較弱。
因此行業研發的焦點集中到了硫化物和鹵化物，其中硫化物離子電導率高，但對水分和氧敏感；鹵化物電解質具有易潮解的特征，容易形成結晶水使離子電導率急劇下降，而使其干燥脫水溫度又高于200℃，與極片中的粘結劑耐受溫度沖突，限制了材料的商業化使用。因此，眾多研究機構和企業對硫化物和氧化物改性展開了深入研究。
包覆改性是常見的手段。傳統包覆改性，為采用撞擊的方式，通過機械能將細小的壁材包覆在電解質表面，并由一定的成球效果，常見的的設備有高混機、融合機。基于硫化物和鹵化物的特點，研發部門需要將設備放置在隔離器或者特殊的環境下完成包覆作業，這對于商業化生產提出了不小的挑戰。
通過噴霧干燥工藝，可以完成對氧化物和硫化物的包埋，對了，是包埋，不是包覆。具體的，是以固態電解質、高分子聚合物加入油性或有機溶劑形成混懸液，經過噴槍霧化后，使用經過加熱后極干無水的惰性氣體進行干燥，進而達到包埋效果。不同于融合，由于壁材是從溶液轉變為固體，在固態電解質表面會形成連續膜結構，與包覆相比，有更好的包埋效果。
圖片來源： https://doi.org/10.1016/j.partic.2023.04.005 對于設備的要求：設備為閉式循環設計，避免溶劑排放至環境中。循環氣體中的蒸發出來的溶劑通過冷凝的方式析出并收集，除濕后的氣體經過加熱后再次被賦予干燥能力。從安全角度考量，系統設計要求高密閉性，防爆等。如果溶劑呈現酸性，塔體材料還要更換成哈氏合金。
對于產品的粒度，可通過噴槍的霧化參數進行調節，從而達到符合粒度要求的產品，一般地聚合物包覆的電解質的粒徑D50為0.1～10μm。
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