中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電池關(guān)鍵材料開發(fā)難點(diǎn)
現(xiàn)階段，電解質(zhì)材料是固態(tài)電池關(guān)鍵瓶頸材料。電解質(zhì)材料按類型區(qū)分，主要有有機(jī)（聚合物）、無機(jī)（氧化物、鹵化物、硫化物）和復(fù)合電解質(zhì)。研究早期以聚合物為主，后逐漸過渡到氧化物和硫化物，隨著技術(shù)突破，鹵化物也加入其中。四類固態(tài)電解質(zhì)各有優(yōu)勢：聚合物固態(tài)電池柔韌性和加工性優(yōu)良，制備工藝簡單，便于批量生產(chǎn)；氧化物固態(tài)電池安全性能高、穩(wěn)定性好，但機(jī)械性能穩(wěn)定性差，制造大容量電池困難；鹵化物固態(tài)電解質(zhì)具高離子電導(dǎo)率和寬電化學(xué)窗口，但技術(shù)仍不成熟；硫化物固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率最優(yōu)異，且電化學(xué)極化低，使電池具高能量密度和功率密度，其優(yōu)點(diǎn)為電導(dǎo)率高、工作性能優(yōu)異，缺點(diǎn)是易氧化且界面穩(wěn)定性較差。由于成本較低，硫化物固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)路線廣受日韓企業(yè)熱捧，性能較好且適配全固態(tài)電池，但研究難度大。
除材料本身電化學(xué)性能外，固態(tài)電池?zé)o機(jī)電解質(zhì)材料的關(guān)鍵應(yīng)用問題是：實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)晶粒界面間的良好結(jié)合，解決固態(tài)電解質(zhì)與固體電極之間剛性界面接觸導(dǎo)致的反應(yīng)動力學(xué)遲緩和化學(xué)機(jī)械故障等。從固態(tài)電解質(zhì)顆粒來講，粒徑越小，達(dá)到納米級且不團(tuán)聚、分布越均一、分散越均勻，越能改善界面接觸等問題。
硅負(fù)極材料在脫嵌Li +過程中體積膨脹是工業(yè)化應(yīng)用的主要問題，負(fù)面影響體現(xiàn)在：
1）嵌鋰深度增加時，鋰離子與內(nèi)部晶體硅反應(yīng)生成硅鋰合金（LixSiy），嵌鋰后硅負(fù)極體積約膨脹3 倍，導(dǎo)致硅電極結(jié)構(gòu)破壞、活性材料粉化；
2）體積劇烈變化導(dǎo)致極片整體松動，失去與集流體的有效接觸；
3）硅負(fù)極缺乏強(qiáng)力粘結(jié)劑，因硅- 粘結(jié)劑作用力弱，硅顆粒易脫離極片，造成容量衰減；
4）硅本身電子電導(dǎo)率低（10-5～10-3S・cm-1）和鋰離子嵌入速率慢（10-14～10-13cm2・s-1），制約其在電池中的應(yīng)用。
硅材料用于固態(tài)鋰離子電池需首要解決體積膨脹問題，其次是導(dǎo)電性不佳問題。納米技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，納米結(jié)構(gòu)材料能有效緩解體積膨脹。當(dāng)納米結(jié)構(gòu)尺寸小于臨界值時，在體積膨脹范圍內(nèi)不會破裂，如晶體硅納米柱直徑<240～360nm，納米線直徑< 300～400nm，硅顆粒直徑< 150nm時。但高端納米硅漿料或硅碳漿料易發(fā)生團(tuán)聚、氧化，需高效納米分散手段。
與硅相比，碳基材料電導(dǎo)率更高，利于加速電子移動和電解液擴(kuò)散，且力學(xué)性能良好、循環(huán)充放電體積變化率低。因此，硅碳復(fù)合可提高電極材料電導(dǎo)率，有效緩解硅基材料體積膨脹問題。單壁碳納米管具優(yōu)異力學(xué)性能和導(dǎo)電性，在硅碳復(fù)合材料中至關(guān)重要，但其比表面積高、范德華力強(qiáng)，極易團(tuán)聚成束或纏結(jié)，導(dǎo)致分散性差，直接影響應(yīng)用性能，需高效納米分散技術(shù)。
邁克孚微射流®納米化技術(shù)解決的關(guān)鍵問題
微射流納米化技術(shù)可高效分散與破碎氧化物固體電解質(zhì)材料，使其分布更均一，增強(qiáng)機(jī)械性能；降低硫化物固體電解質(zhì)材料粒徑，改善界面接觸，提升性能；提高復(fù)合固體電解質(zhì)材料混合均勻性，優(yōu)化相應(yīng)性能。
微射流納米化技術(shù)可高效納米分散硅材料，使粒徑分布均一。因處理在密閉管路中進(jìn)行，能減少硅材料與氧氣接觸，避免氧化和雜質(zhì)引入；同時，物料流對撞可破碎硬團(tuán)聚，減小粒徑，且不破壞其表面形貌和結(jié)構(gòu)。
微射流納米化技術(shù)利用可控流體作用力，可高效分散單壁碳納米管，同時最大程度維持單壁管不被打斷，保持較大長徑比，以維持高導(dǎo)電性及對硅和硅碳負(fù)極的良好包覆性能。
微射流納米化技術(shù)利用高效流體剪切力，可將固態(tài)電池正負(fù)極漿料內(nèi)的活性材料、粘結(jié)劑及電解質(zhì)材料充分混合均勻，改善界面結(jié)合作用，增加離子和電子導(dǎo)率。
邁克孚微射流®納米化技術(shù)原理與優(yōu)勢
邁克孚微射流®技術(shù)原理：利用成熟穩(wěn)定的液壓技術(shù)，通過柱塞泵將液體物料增壓，憑借精準(zhǔn)壓力調(diào)節(jié)使物料壓力達(dá)到20MPa至300MPa之間的設(shè)定值。增壓后的物料流向金剛石制作的固定幾何形狀微通道，產(chǎn)生高速微射流，高速微射流物料在特定幾何通道下產(chǎn)生物理剪切、對撞、空穴效應(yīng)等物理作用力，從而對物料起到分散、均一化作用，實(shí)現(xiàn)粒徑有效減小，達(dá)到微納米級別分散效果。
邁克孚微射流®裝備介紹
中試型-MF110EH系列
工作壓力：200MPa/300MPa/400MPa
最大處理量：5-20L/H
驅(qū)動方式：電機(jī)液壓驅(qū)動
處理器：金剛石交互容腔（可提供定制化解決方案）
操作方式：全自動智能化操作
工業(yè)級-MF700系列
工作壓力：200MPa/300MPa/400MPa
最大處理量：5-500L/H
驅(qū)動方式：電機(jī)液壓驅(qū)動
處理器：金剛石交互容腔（可提供定制化解決方案）
操作方式：全自動智能化操作
邁克孚
上海邁克孚生物科技有限公司是一家專注為納米技術(shù)應(yīng)用研發(fā)、創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)，提供專業(yè)技術(shù)解決方案的專精特新的高科技企業(yè)。2020年成立伊始，邁克孚憑借高素質(zhì)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，先進(jìn)成熟的超高壓技術(shù)，快速在納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楦餍袠I(yè)提供高質(zhì)量的解決方案。邁克孚服務(wù)的客戶主要分布:生物、醫(yī)藥、化妝品、中醫(yī)藥食品、納米材料、新能源、半導(dǎo)體、精細(xì)化工等廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。
2025年9月23-24日，上海邁克孚生物科技有限公司將在中國粉體網(wǎng)聯(lián)合合源鋰創(chuàng)、江蘇省企業(yè)發(fā)展工程協(xié)會舉辦的第七屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會上進(jìn)行產(chǎn)品展示，歡迎業(yè)界同仁前來交流。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）
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