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无粘结剂自支撑硫化物固态电解质研究简介

2026年04月15日 固态电池

全固态电池被视为下一代高能量密度、高安全性储能技术,其性能高度依赖固态电解质的离子电导率、机械强度与界面稳定性。传统硫化物电解质多采用含粘结剂体系,存在烧结不充分、晶界电阻高、易掉粉、机械性能弱等问题。本文基于《Advanced Materials》发表的研究,对无粘结剂、自支撑高导电硫化物电解质的制备方法与性能结果进行客观介绍。

一、电解质膜制备方法

1. 非晶玻璃态电解质制备

以锂、磷、硫、碘为原料,按化学计量比混合后在惰性气氛下高温熔融,经快速淬冷形成非晶玻璃态固体,经球磨得到玻璃态 LPSI (G) 电解质粉末。

2. 无粘结剂浆料配制

将玻璃态 LPSI (G) 粉末分散于有机溶剂中,搅拌均匀,不添加任何粘结剂,形成可涂布浆料。

3. 涂布与干燥

将浆料均匀涂覆于玻璃纤维无纺布支撑体(F-tex生产,理珀公司代理)上,经室温预干燥与 100℃真空干燥,彻底去除溶剂,得到前驱态电解质膜。

4. 温等静压(WIP)处理

将干燥后的膜片密封封装,采用 WIP 工艺同步实现致密化与原位结晶,最优工艺条件:210℃、600MPa、保温保压 1min,最终得到 20μm 级无粘结剂自支撑固态电解质膜。

二、关键性能测试结果

1. 电解质本征性能

离子电导率可达约 37 mS・cm⁻¹,为传统玻璃陶瓷 LPSI 的 2.5 倍;

相对密度达99.6%~99.7%,微观结构致密、孔隙率极低;

膜片可实现 180° 弯曲,无裂纹、不分层、不掉粉,具备自支撑特性。

2. 锂对称电池性能

临界电流密度约为传统 LPSI (GC) 的 4 倍;

在 3 mA・cm⁻² 电流密度下可稳定循环超 30 天,传统电解质约 1 天即失效;

12 mA・cm⁻² 高电流密度下仍可稳定运行。

3. 全固态电芯性能

电芯体系:NCM 正极 / 石墨负极,容量约 13mAh 级,面容量约 3.3mAh・cm⁻²;

25℃、1C/1C 条件下循环 300 次,容量无明显衰减,负极无异常锂沉积;

60℃可稳定实现 6C 倍率充放电;

晶界电阻显著降低,界面阻抗小于传统 LPSI (GC) 体系。

三、研究意义

该研究通过无粘结剂设计与 WIP 高温高压工艺,在提升离子电导率的同时,改善电解质膜机械强度与阳极稳定性,抑制锂枝晶生成与生长。所制备的电解质膜可适配全固态电池标准制备流程,具备一定的产业化应用潜力,为硫化物全固态电池电解质设计提供了可行路径。


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