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    学院新闻
    魏军团队在《电化学能源评论》发表综述文章
    2023-11-01
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    【哈工大(深圳) 宣】(材料科学与工程学院 文/图)近期,哈工大(深圳)柔性印刷电子中心魏军教授课题组以“Printed Solid-State Batteries”为题,在国际著名刊物《电化学能源评论》(Electrochemical Energy Reviews)发表综述文章。文章从固态电池基本概念讲起,系统阐述了固态电池的最新印刷工艺及其结构设计,全面概述了印刷固态电池的电极和电解质材料,讨论了固态电池印刷工艺的设计原则和优化策略,总结了印刷固态电池的技术挑战,并对未来研究方向进行了展望。

    锂离子电池因具有比能量高、循环寿命长以及自放电率低等优势被广泛应用于人类社会的衣食住行等各方面。在3C电子产品(计算机类、通信类和消费类电子)领域,锂离子电池几乎全面占据市场。在“碳达峰”和“碳中和”的“双碳”背景下,电动交通工具也将会进一步得到发展,这无疑是锂离子电池的巨大机遇。过去对锂离子电池的研究大多集中在液态电解质电池上。液态电解质虽然离子电导率高、润湿性好,但电化学稳定性和热稳定性差,锂离子迁移数低,安全性差。同时随着工业的发展,市场对高能量密度锂离子电池有着巨大需求。

    固态电池被认为是最安全的电池系统,因为它采用不含任何可燃或挥发成分的固体电解质,充分避免了电池漏液引起的电池冒烟和火灾风险。固态电池结构比传统锂离子电池更简单,固体电解质具有传导锂离子和隔膜的双重作用,很大程度上简化了电池构建的步骤、质量和成本。同时直接使用金属锂作负极,进一步减少负极材料的用量并使固态电池具有更高的能量密度。另外固体电解质电化学窗口高达5V,可与高压正极材料和锂金属负极匹配,显著提高电池的能量密度。它们在解决当前环境污染和能源危机方面更具吸引力。因此,固态锂金属电池有望成为下一代新兴电动汽车和智能电网的储能系统。尽管对固态电池的研究迅速增长,但在制造技术的基本了解方面仍然缺乏关注。

    印刷电子技术最重要的优势是低成本、灵活性以及生产和集成的简单性,具有广泛的市场前景。通常,印刷固态电池通过结合特定的墨水材料和各种印刷、沉积方法,来创建可定制的厚度、低成本、具有机械柔性的大面积电池系统。除了正负极材料,离子电导率接近高性能液体电解质的固态电解质也是印刷制造的基础。不同印刷方法在油墨流变学、可实现分辨率和材料选择方面差异很大。印刷固态电池技术为特定应用场景的新生产模型铺平了道路,可以减少生产步骤和成本。制造印刷固态电池的主要印刷方法以及一些印刷电极材料和电解质材料的示意图如图1所示。

    本文详细介绍了固态电池印刷技术的最新进展和固态电池的结构特征,重点关注最新印刷工艺。系统概述了用于制造印刷电极和固态电解质的代表性材料,并讨论了通过材料改性来优化印刷固态电池的性能方法。此外,本文重点介绍了先进固态电池器件打印工艺的设计原则和调整策略,为实现固态电池优异性能带来启发。文章最后指出了当前存在的挑战和潜在机遇,旨在启发未来印刷固态电池大规模生产的研究。

    该综述文章第一作者是哈工大(深圳)材料科学与工程学院博士研究生周仕强、李萌瑞,于素竹、莫富年和魏军为通讯作者。

    Electrochemical Energy Reviews是材料科学电化学能源研究领域的综述性学术期刊,主要刊登在材料科学与工程某一研究领域取得最新研究进展的权威性评述论文。2022年影响因子为32.804。(审核 徐成彦)