韩国化学研究院均匀制成厚度15微米、面积120平方厘米的固态电解质
经过100次充放电后容量仍保持83.6%……验证大面积生产的可行性
一种像贴贴纸一样将全固态电池核心材料贴附成型的技术问世。全固态电池备受关注，被视为下一代电池。该技术不再将固态电解质直接涂在电极上，而是先在单独的基板上制成薄膜，再转印贴附。它能够减少传统制造工艺中出现的厚度不均和电极变形问题，并大幅提高充放电后的容量保持率。
韩国化学研究院26日表示，Kang Yeonggu首席研究员和Park Myeongsu资深研究员带领的团队开发出一种“转印印刷”技术，可将氧化物基杂化固态电解质转印到电极上。
全固态电池以固态电解质取代液态电解质，能够降低起火风险、提高能量密度，是下一代电池。不过，要实现高能量密度，就必须将固态电解质制成厚度不超过20微米（μm，百万分之一米）的薄膜，同时确保其在大面积范围内厚度均匀。
以往若将固态电解质制成独立薄膜，为防止其轻易撕裂，厚度不得不增加到70至120微米。若将液态电解质浆料直接涂在电极上，浆料则可能渗入电极内部，导致结构变形或厚度不均。
研究团队采用可传导锂离子的石榴石型氧化物材料，先在独立基板上制成固态电解质膜，随后用辊轮加压，只将制成的薄膜转移到电极上。其原理类似于揭下贴纸，再贴到所需表面。
团队还利用可用数值表示材料间亲和性的“汉森溶解度参数”，设计出适合涂布和转印的材料组合。涂布时，他们使电解质浆料能够在基板上均匀铺展；转印时，则通过调节黏附特性，让干燥后的薄膜易于剥离。
最终，团队制成了面积为6厘米×20厘米、共120平方厘米的均匀固态电解质膜，其平均厚度为15微米，偏差约为1微米。相比之下，直接涂布方式制成的薄膜即使面积只有66平方厘米，厚度也在10至25微米之间，分布不均。
经过100次充放电后容量仍保持83.6%……高温安全性也获验证
采用转印印刷方式制成的电池，经过100次充放电后仍保持初始容量的83.6%；直接涂布方式制成的电池，容量保持率仅为36.1%。两种方式的容量保持率相差47.5个百分点。
在室温（25℃）下，锂离子电导率测得为2.83×10⁻⁴ S/cm，比采用聚乙烯隔膜的对照电解质高约67%。
高温安全性测试也显示出差异。研究人员在150℃下测试软包电池，采用转印印刷方式制成的电池在2小时30分钟内保持了稳定电压。相比之下，采用传统聚乙烯隔膜的电池因隔膜收缩导致内部短路，约10分钟后电压便急剧下降。
不过，此次成果是在实验室层面对电解质制造工艺和电池性能进行验证的结果。若要应用于电动汽车的大型电池，还需进一步确认其长期充放电稳定性以及大规模生产工艺的良率等。
研究团队照片。左起：化学研究院责任研究员 Kang Yeonggu、硕士毕业后研究员 Chu Seulgi、高级研究员 Park Myeongsu。化学研究院供图。
View original image研究团队预计，这项技术可应用于连续生产的卷对卷工艺。今后还计划开展相关研究，利用人工智能预测不同材料的涂布和黏附特性，并寻找最佳材料组合。
韩国化学研究院首席研究员Kang Yeonggu表示：“这项技术能够减少直接将薄膜涂在电极上时产生的缺陷，因此在大面积生产时有望减少不良品、提高生产良率。”
硕士后研究员Choo Seulgi作为第一作者参与了此次研究，研究成果于去年9月刊登在国际学术期刊《Advanced Functional Materials》上。
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