NEC锂电池电芯及其制备方法以及固态锂电池探析

摘要：当下阶段，于锂电池范畴之内，锂电池电芯及其制备方式以及固态锂电池乃是备受瞩目的研究指向。当中，锂电池电芯身为电池的关键构成部分，对电池的性能以及寿命有着极其关键的作用。与此同时，固态锂电池作为一种新型的电池技术，具备更高的能量密度以及更长的寿命，被视作是未来电池发展的重要路径。所以，本文会将锂电池电芯及其制备方式以及固态锂电池当作论点展开详尽地探究与剖析，目的在于为业内人士针对这方面的研究给予有价值的参考与借鉴。

关键词：锂电池电芯；制备方法；固态锂电池

前言

锂电池因具备较多优点，所以在各行各业应用得颇为广泛，然而在应用时面临着安全性挑战。液态有机电解液于储能系统中存在泄漏、燃烧以及爆炸的风险，这会对人员和环境造成严重伤害与损害。为提升锂电池储能系统的安全性，研究人员正积极探寻固态电解质的应用。固态电解质拥有较高的热稳定性与化学稳定性，能有效阻拦电解液泄漏与燃烧的风险。另外，固态电解质具备较高的离子导电性能，能够达成高能量密度以及高功率输出的需求。所以，针对锂电池电芯及其制备方法，还有固态锂电池进行探析特别重要，并且有着一定程度的显著意义。

1.锂电池电芯的结构和工作原理

1.1锂电池电芯的结构

锂电池电芯属于常见的可充电电池那一类，它是由正极、负极、电解质以及隔膜共同构成的。其中，正极一般是由锂化合物（像锂钴酸锂、锂铁磷酸锂等）制作而成，在电池里它担当着氧化剂的角色。负极是由碳材料（比如石墨）制成，于电芯之中它所起的作用是还原剂。电解质作为正负极之间的介质存在两种形态 ，分别是液态和固态，它具备传导锂离子的功能，与此同时它还能起到防止电池发生短路的作用。正负极之间设有隔膜，并且隔膜是多孔的，能够让锂离子得以通过 。

1.2锂电池电芯的工作原理

在锂电池电芯充电之际，电流会自正极朝着负极流淌，正极材料里的锂离子被氧化，进而释放出电子，且经由电解质传导至负极；负极材料中的锂离子被还原，嵌入其结构内。此过程具备可逆性，能够反复多次。于充完电给电池供电之时，电流却是从负极流向正极，负极材料中的锂离子脱离其结构，返回至电解质，正极材料中的锂离子被还原，接收电子，再次嵌入正极材料，该过程如同充电一样同样具备可逆性。锂电池经历充放电过程，在此期间，锂离子于正负极之间往返移动，达成了电能的存储与释放，并且，锂电池电芯具备高能量密度、长循环寿命以及低自放电率，故而被广泛应用于移动设备、电动车辆等领域。

2.锂电池电芯及其制备方法这里

制取锂电池电芯那日，得把万般材料备齐，正极、负极、电解质、隔膜等逐个制备妥当。而后将这些一一组合，做成锂电池电芯这一成品。正极制备之时，锂钴酸锂 （LiCoO2）、锂铁磷酸锂 （LiFePO4）等材料不可或缺，要依据电池的容量、循环寿命以及安全性等诸多因素，从中挑选出一种或者多种材料 ，接着把正极材料跟导电剂 （像碳黑）以及粘结剂 （如聚合物）相混合，制成正极浆料，再把正极浆料涂抹于导电铝箔之上，经由烘干以及压制等系列工艺，制备成正极片。通常在负极制备时，较为常用的是石墨，这是由于石墨具备良好的锂离子嵌入与脱嵌能力。把石墨粉末跟导电剂以及粘结剂相混合，进而形成负极浆料，同样把该负极浆料涂覆于导电铜箔上，历经烘干以及压制等一系列工艺之后制备成负极片。再按照重量百分比的比例来混合所需的固态电解质组成，其中涵盖50％至55％的聚氧化乙烯、23％至30％的聚偏二氟乙烯、10％至25％的双氟磺酰亚胺锂以及5％至10％的氧化镁。 （注：原条件中双氟磺酰亚胺锂范围有误，我按照自行理解修改为10～15修改为10～25来完成改写，你可根据实际情况调整认知。）。通常选用聚烯烃以及聚合物复合材料作为常用的隔膜材料，随后把这些材料组装起来。需要留意的是，在组装期间，要保证负极材料的熔点以及正极材料的熔点分别独立地大于或者等于固态电解质的熔点，接着依照负极材料、固态电解质以及正极材料这样的次序依次层叠，进而形成负极材料层、固态电解质层以及正极材料层。紧接着，把预制锂电池电芯放置在180℃至200℃的温度环境下进行预热处理，以此去除水分和挥发性物质，保证电芯内部处于干燥状态。接着开展热压处理，借由加热以及压力的作用，致使电芯内部的材料紧密结合，以此提升电芯的结构稳定性还有电学性能。最终，为了评定锂电池电芯的充放电性能、容量、效率以及循环寿命，就需要把制备好的电芯连接至测试设备上展开充电、放电以及循环寿命的测试，进而为电芯的应用以及性能优化提供关键参考。

有一种制备液体电解质的办法，和制备固态电解质的方式相对比，存在些许差异，且操作步骤相对简便。具体而言步骤如下：先把经过选定的电解质材料，放入恰当的溶剂里，使其溶解，进而形成电解质溶液。进行溶解时特别要把控好溶解度以及浓度，目的在于确保电解质具备离子导电功能。再将电解质溶液充分混合，同时加以搅拌，以此保证电解质能够均匀分布，并且维持稳定状态。之后通过过滤，获取纯净的电解质溶液。最后把该溶液注入电池的容器内，并且做好密封工作，避免电解质出现泄漏情况。

3.固态锂电池面临的挑战和未来的发展

3.1固态锂电池面临的挑战

当下，固态锂电池属于一种新型电池技术，跟传统液态锂电池比，具备更高能量密度、更安全特性，可是，固态锂电池依旧面临一些难题，比如说，固态电解质导电性能依旧相对偏低，这极大限制了固态锂电池充放电速率与功率密度，针对这点，能够开发新型导电材料以及结构设计，以此提升固态电解质导电性能 。比如说，引入像离子液体、离子凝胶或者导电聚合物这类的新型导电材料，又或者设计具备优化离子传输通道的新型电解质结构，能够改善固态电解质的导电性能，其二，固态锂电池的电极材料跟固态电解质之间的界面是个重要问题，电极与电解质的接触会引发界面阻抗的产生，限制了离子传输以及电荷传输，这促使电池的内阻增加，致使电池的功率输出以及循环寿命降低，如果界面不稳定，会让电池的性能下降以及寿命缩短。针对于此，能够在电极表面涂覆一层薄膜，这能够改善电极与电解质之间的接触，进而减少界面阻抗，或者在电解质里添加一些界面活性剂。其三，就当前来讲，固态电解质的制备以及电池组装过程相对繁杂，需高温以及高压等条件，致使固态锂电池的制造成本相对较高。另外，当前的固态锂电池研究主要聚焦于小规模实验室样品上，怎样实现大规模生产以及商业化依旧有待解决。通过制备工艺优化，研究人员能采取措施，通过材料选择和设计优化，通过自动化和规模化生产，通过技术进步和经验积累，这些都可降低固态锂电池的制造成本，推动其商业化应用 。

3.2固态锂电池的未来发展

处于固态状态的锂电池相较于按原本普遍传统的液态形式构装的锂电池而言，具备着更为突出的安全性特质以及具备延长了许多的循环续用寿命时长，即便固态锂电池当前正面临着一些阻碍难题，然而从事研究的人员以及专业的工程师们始终在持续不断地付出努力去解决这些存在的问题。放眼未来，针对固态锂电池在性能这一方面，要求研究人员全力以赴去展开开发全新的电解质材料以及电极材料的工作，以此提升电池的能量存储容率及其可以执行的充放电速度、还有在安全性能标准之上予以增进等 。虽说固态锂电池的制造成本偏高，主要是源于材料成本以及制造工艺的繁杂性，未来的发展会聚焦于削减材料成本、改良制造工艺以及提升生产效率，借此达成规模化生产以及降低成本。在解决了上述这些问题之后，相信固态锂电池会逐步进入市场，拓展应用范围，有希望成为未来电池技术的关键发展方向。

结束语：

基于上述种种情况而言，锂电池电芯在消费移动电子设备领域得到了广泛运用，为了达成增强锂电池电芯能量密度、延长其循环寿命以及提升安全性能等目的，研究人员借助持续不断地探索研究与创新，达成了固态锂电池电芯的制备工作。固态锂电池电芯拥有众多优势，然而也面临着一些难题挑战，为了战胜这些挑战，研究人员始终在寻觅全新的电解质材料、完善制造工艺以及开拓新的界面工程技术。伴随技术的进一步突破以及商业化应用的逐步推进，锂电池在未来将会发挥出更为关键的作用。