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大众公司固态电池专利解读
发布时间：
2024-01-24 00:00
来源：
概要：
固态电池难以量产，存在诸多技术问题，其中固态电解质膜制备便是其中一项，尤其是氧化物固态电解质膜的连续制备。已经公开的用于制造氧化物固态电解质隔膜的工艺过程存在生产效率低、制备成本高等问题。另外当前无法实现固体电解质膜的连续化生产，主要以单个片的形式制造，常见的氧化物固态电解质的膜生产工艺简单描述如下，将一定比例的氧化物固态电解质粉末、粘合剂和溶剂混合成浆料状态，把制备的浆料涂覆在载体材料上进行干燥，干燥后去除材料材料得到固态电解质坯体，对坯体材料进行热处理，一般温度高达1000-1200℃热处理，整体而言制造过程负载。另外一些学术论文或者公开报道的研究成果显示，通过无阳极设计能够进一步提升固态电池的能量密度，研究报道在隔膜表面施加较薄的金属层可以有助于在第一次充电中形成阳极。
大众公司最新公开一项专利DE102022206475A1开发了一种设备，巧妙的实现了固态电解质膜的连续生产，并在固态电解质膜一侧覆盖一层薄的金属层。相关设备如下图所示，主要由电解质熔池（201）、金属熔池（203:）、回火元件（205:）、 电解质熔体（207）、旋转辊（209:）、熔融态金属（密度高于固态电解质211）、高度限制元件（213:）、固态电解质（215:）、 风扇（217）、传送带（219）等组成。专利实施案例如下：第一步，熔化步骤，将固态电解质的原材料在电解质熔池中熔化成熔融态；第二步，将熔融态的固态电解质引入带有金属熔体的金属熔体中，由于两种物质的密度差，让熔融态的固态电解质漂浮在金属熔体表面；第三步冷却，制备固态电解质膜，并将固态电解质膜连续输送到外部。设备通过设定具体的温度（P1处温度为1100℃、P2处温度为600℃）来实现固态电解质膜的成型；通过旋转棍实现固态电解质熔体在金属溶体上的移动，在固态电解质溶体进口处通过设定高度来实现电解质厚度的控制。
点评：公开信息显示，德国大众与美国量子景观QS公司合作紧密，QS公司一直致力于氧化物固态电池研发，但该公司并未过多的公开其固态电解质膜的生产工艺。大众在本专利中提出一种新的思路用于氧化物固态电解质膜的连续化生产，在专利中并未给出过多的固态电解质膜的测试数据，但专利实施案例中给出了通过引入锡金属，锡金属引入有可能会提升无阳极固态电池首次充电过程中阳极的形成。专利中公开的设备能否满足商业化应用仍然未知，笔者认为有两个挑战，一方面是膜的均匀性，另一方面是所生产的膜材料的效率。
来源：储能及新材料技术洞察
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