新突破：3D打印高性能、超低堆压硫化物基全固态锂金属软包电池，可大规模生产

固态锂金属电池(ASSLMBs)因具备高能量密度和安全性，成为了电池领域的“潜力股”，备受各界关注。然而，锂枝晶快速生长、库仑效率低、倍率性能差以及循环稳定性差等难题，如同“拦路虎"严重阻碍了其商业化的步伐。

新型多功能复合硫化物电解质(M-CSE)

高能数造客户--中国科学院物理研究所吴凡研究员团队，利用其开发的新型多功能复合硫化物电解质(M-CSE)，使用高能数造电池3D打印设备，创造了硫化物基全固态电池的新突破。基于该电解质的 ASSLMBs 展现出诸多优异性能，如10 mAh cm-2 的面积容量、219 Wh kg-1 的能量密度和 3.76 mAcm-2 的电流密度，在 0.5C 倍率下循环 500 次后容量保持率仍高达 95.04%。

不仅如此，凭借高能数造全固态电池3D打印设备所集成的一体化制造工艺，超低压硫化物全固态电池的批量制备得以实现；其中 Swagelok 电池堆叠压力约为30MPa，软包电池堆叠压力仅为2MPa。该电池在首次放电循环中实现了128.92 mAh g-1的比容量和219 Wh kg-1的能量密度。更具吸引力的是，M-CSE 界面层由低成本复合材料组成，制备工艺简单且可扩展，为大规模生产奠定了坚实基础。

以下是吴凡老师团队的研究成果要点：
M-CSE 层继承了高化学稳定性和良好界面亲和性的优点。这不仅保护电极材料免受腐蚀性副反应的影响，还为锂离子传导提供了平滑的通道。此外，局部界面钝化的发生，一方面缓解了体积变化带来的应力，保持了界面的紧密性和稳定性，另一方面进一步抑制了固态电解质的分解，有效减缓锂枝晶的生长。此外，M-CSE 层可以确保均匀的电场分布，引导锂的稳定均匀沉积。通过物理隔离和化学平衡的双重调节机制，M-CSE 层可有效抑制锂枝晶的生长，并防止其穿透固态电解质层。

吴凡老师的研究通过探索硫化物基固态电解质的高适应性并结合不同电解质类型的独特优势，提供了一种新的解决方案，即将先进设计与 3D打印技术相结合，为开发满足全固态电池商业化需求的下一代固态电解质材料开辟了新的可能性。这种简单高效的 3D 打印制造方法为全固态电池的大规模生产和应用奠定了坚实基础，并为未来电池技术的发展提供了重要参考。

图1.a)具有不稳定界面的电池，其中不断生长的界面层导致显著的过电位。b)具有SEI界面的电池，锂枝晶穿透发生。c)含有M-CSE的电池。

图2.a-d)不同放大倍数下M-CSE的截面扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱(EDX)图像。e,f)Li|LiSiSnPSBrO|Li和Li|LPSCILi对称电池在静置40小时后的SEM图像。g,h)Li|M-CSE-LPSCI-M-CSE|Li对称电池在不同放大倍数下的SEM图像。

图3.a-e)不同电解质结构的对称锂金属电池的临界电流密度(CCD)。f)在1.5 mAcm-2电流密度下的循环稳定性。

图4.不同ASSLMB配置的倍率性能(0.1-5C)，以及相应的充放电曲线，具体结构如下:a)单一电解质，b)不同比例的MCSE，c)添加M-CSE后的电池，d-g)添加M-CSE后的充放电曲线。

图5.a-c)在0.5C倍率(面容量为1mAhcm-2)下的放电容量和库仑效率，d-f)不同循环次数下的相应充放电曲线。

图6.a)不同面积容量下的LCO|LPSCI-M-CSE|Li全固态电池的充放电曲线。b)边长为2cm的LCO|LPSCI-M-CSE|Li方形软包电池的充放电曲线。c-e)面积容量为5 mAhcm-2的LCO|LPSCI-MCSE|Li全固态电池的充放电曲线、倍率性能和循环性能。f)在不同循环时长后的LCO|LPSCI-M-CSE|Li全固态电池的奈奎斯特图。

高能数造(西安)技术有限公司作为全固态电池智造技术引领者，聚焦"固态电池产线"与"干法电极产线"两大核心领域，为新能源企业提供从研发到量产的智能化装备及工艺整体解决方案。

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来源：高能数造

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