Preparazione di batterie allo stato solido al solfuro e metodi di assemblaggio delle batterie
Jul 24, 2025
Negli ultimi anni, il rapido sviluppo di elettroliti solidi a base di solfuri – tra cui Li₂S-SiS₂, Li₂S-B₂S₃, Li₂S-P₂S₅, Li(₁₀±₁)MP₂S₁₂ (dove M = Ge, Si, Sn, Al o P) e Li₆PS₅X (dove X = Cl, Br, I) – ha, in particolare, parzialmente risolto il problema dell'insufficiente conduttività intrinseca degli elettroliti solidi. Questo progresso è esemplificato dai solfuri a struttura tio-LISICON come Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS), che presentano una conduttività agli ioni di litio a temperatura ambiente estremamente elevata, pari a 12 mS/cm, superiore a quella degli elettroliti liquidi. La Figura 1(a) mostra una batteria al litio allo stato solido che utilizza un pellet pressato a freddo di polvere elettrolitica solida ceramica Li₁₀Ge₂PS₁₂ con una conduttività elettrica a temperatura ambiente superiore a 5 mS/cm, un materiale catodico LiCoO₂, un elettrolita al 99% (30Li₂S·70P₂S₅)·1% P₂O₅ come elettrolita modificatore lato anodo e litio metallico come anodo. Questa batteria può normalmente scaricarsi e funzionare a temperatura ambiente per accendere una lampada a LED. Uno schema della struttura del componente principale è mostrato nella Figura 1(b), da cui si può osservare che lo strato catodico, lo strato elettrolitico solido inorganico e il foglio di litio sono saldamente legati e pressati insieme in uno stampo. I metodi e i processi di preparazione di ciascun componente saranno descritti in dettaglio di seguito. Figura 1: Batteria al litio allo stato solido basata su elettrolita solido di solfuro 1 Metodo di preparazione del catodo La polvere di elettrolita solido di solfuro presenta un modulo di Young di circa 20 GPa, oltre a una forte adesione, un'elevata comprimibilità e una tendenza alla deformazione plastica. Dopo la pressatura a freddo, dimostra una bassa resistenza al bordo dei grani; pertanto, è adatta alla miscelazione a secco diretta con la polvere catodica durante la preparazione dello strato catodico [Fig. 2(a)]. Durante la miscelazione a secco, l'agente conduttivo, l'elettrolita solido di solfuro e il materiale catodico vengono aggiunti simultaneamente a una malta, seguita da macinazione manuale o miscelazione meccanica mediante un agitatore. È importante notare che la compatibilità tra i diversi materiali catodici e l'elettrolita, l'applicabilità di vari agenti conduttivi e l'idoneità di diversi rivestimenti catodici devono essere valutate in condizioni pratiche. Figura 2: Metodo di preparazione del catodo per batterie al litio allo stato solido basate su elettroliti solidi di solfuro Per la fabbricazione roll-to-roll (R2R) su larga scala di batterie al solfuro, il processo di rivestimento a umido [Fig. 2(b)] potrebbe essere più adatto per l'aumento di scala. Questo perché sono necessari leganti polimerici e solventi per preparare strati di elettrolita e elettrodo a film sottile con le proprietà meccaniche necessarie per processi R2R ad alta produttività. Inoltre, la presenza di polimeri flessibili nell'elettrolita/elettrodo può efficacemente tamponar...
vedi di più