用电子束实现半固态电池量产

Published 04 Jul.2023 16:23(KST)

韩国原子能研究院

韩国研究团队利用放射线技术开发出了安全且经济的半固态电池生产工艺。

利用电子束制备凝胶（半固体）电解质电池的示意图。图片由韩国原子能研究院提供

韩国原子能研究院4日表示，由Choi Eunyoung博士团队与Pohang工科大学Park Sujin教授团队等共同合作，利用电子束开发出一次性大规模生产半固态电池的“one-pot”新技术。

广泛应用于电动汽车和手机等领域的锂离子电池，已成为必不可少的能源储存装置。然而，锂离子电池的液态电解质属于易燃物质，存在起火或爆炸风险。为此，全球范围内围绕不含液体的电池开发竞争日趋激烈。被称为“梦想电池”的下一代二次电池——全固态电池，由于电解质为固体，安全性较高，但其离子电导率较低，效率偏低，加之价格昂贵，预计距离真正商业化尚需较长时间。

所谓半固态电池，是指在电池内部负责在正极和负极之间传递锂离子的物质（电解质）不具流动性，并能自我维持形态，为凝胶状（半固态）的电池。处于液体与固体之间的半固态电池相对安全，但要制备半固态即凝胶型电解质，需要使用化学物质或进行热处理，而这些过程可能会降低电池性能。

因此，利用电子束在保持电池性能的同时生产半固态电池的技术正受到关注。电子束是一种放射线，能够改变物质的结构和性质，当对液体进行电子束照射时，液体会转变为半固态形态。但使用电子束时在扩大产量方面存在局限，再加上电子束设备价格高昂，被普遍认为经济性不足。

为提高电子束应用技术的经济性，研究团队着眼于面向大规模生产的工艺开发。首先，他们分别分析了电池内部各材料在接受电子束照射时所受的影响，从而得出最佳照射剂量。随后，将现有已商业化的液态电解质软包电池叠放起来，以优化后的剂量进行电子束照射，开发出可一次性大规模生产的“one-pot”工艺。通过实验确认，采用该工艺，一次最多可以生产7个性能与现有液态电解质电池相似的半固态电池。

电子束照射时间在数分钟以内，较为短暂，因此可以采用传送带方式实现快速的大规模生产。研究团队今后计划将本次技术进一步扩展应用于大容量电池生产，并推进面向商业化的工艺优化。