【背景介紹】
雙極全固態(tài)鋰離子電池（LIB）作為可以應(yīng)對日益增長的能源和安全需求的解決方案起了相當(dāng)大的關(guān)注。然而，作為LIB中最廣泛研究的電解質(zhì)——（硫化物或氧化物）無機(jī)固體電解質(zhì)的使用，除了長期存在的如化學(xué)/電化學(xué)不穩(wěn)定性，界面接觸電阻和制造加工性等問題，還會引起機(jī)械柔性和形狀因素方面的問題 。
【成果簡介】
近日，蔚山國家科學(xué)與技術(shù)研究院Sang-Young Lee（通訊作者）團(tuán)隊(duì)通過紫外（UV）固化輔助多級印刷開發(fā)了一類新型的柔性雙極全固態(tài)鋰離子電池，其不需要用于傳統(tǒng)的無機(jī)電解質(zhì)基全固態(tài)LIB的高壓/高溫?zé)Y(jié)工藝。相對于傳統(tǒng)的無機(jī)電解質(zhì)，作為印刷電極和凝膠復(fù)合電解質(zhì)中的核心元件，該研究使用了由基于癸二腈的電解質(zhì)和半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)框架構(gòu)成的柔性/不可燃性凝膠電解質(zhì)。電極和GCE漿料的流變調(diào)整（朝向觸變流體行為）與無溶劑干燥的多級印刷結(jié)合使得能夠?qū)⒋?lián)/面內(nèi)雙極堆疊的單元整體集成到復(fù)雜形狀的物體上。相關(guān)成果以題為“Flexible/shape-versatile, bipolar all-solid-state lithium-ion batteries prepared by multistage printing”發(fā)表在了Energy & Environmental Science上。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 印刷GCE的合成和表征
（a）用于制造模板印刷的GCE的程序示意圖
（b）剖面SEM和EDS圖像
（c）顯示ETPTA聚合物網(wǎng)絡(luò)和PVdF-HFP兩種不同Tg的DSC熱分析圖
（d）印刷GCE的機(jī)械柔性
（e）印刷GCE的離子電導(dǎo)率
（f）GCE和碳酸鹽基對照電解質(zhì)的TGA曲線
（g）GCE和碳酸鹽基對照電解質(zhì)的等溫（80℃）離子電導(dǎo)率
（h）GCE和碳酸鹽基對照電解質(zhì)的不易燃性試驗(yàn)
圖2 印刷電極的制作和表征
（a）用于制造模板印刷電極的程序示意圖
（b）剖面SEM和EDS圖像
（c）SWCNT涂覆的LCO粉末的SEM圖像
（d）SWCNT涂覆的LCO和原始LCO的電子電導(dǎo)率的比較
（e）SWCNT涂覆的LCO和原始LCO之間的排出速率能力的比較
圖3 用于多級印刷的GCE和電極漿料的流變控制
（a）GCE和電極漿料的粘度作為剪切速率的函數(shù)
（b）粘彈性（G′和G″）作為剪切應(yīng)力的函數(shù)
（c）流變圖中的滯后回路
（d）制造出來的照片展示
（e）橫截面SEM圖像（這里，三個(gè)電池串聯(lián)連接）及其結(jié)構(gòu)示意圖
（f）橫截面SEM圖像（這里，三個(gè)電池平行連接）及其結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 在25℃下印刷的雙極電池的電化學(xué)表征
（a）印刷的LCO陰極和LTO陽極的充電-放電曲線
（b）印刷的單電池（LCO陰極/ GCE / LTO陽極）的循環(huán)性能
（c）串聯(lián)連接的印刷雙極電池的電荷/放電曲線作為電池?cái)?shù)量的函數(shù)
（d）印刷雙極電池的充電/放電曲線比較
圖5 印刷雙極電池的機(jī)械柔性和熱穩(wěn)定性
（a）在100次彎曲循環(huán)之前/之后印刷的雙極雙層疊電池的充電/放電曲線
（b）印刷雙極型雙層電池的安全性的照片
（c）熱沖擊之前/之后印刷的雙極雙層疊電池的充電/放電曲線
（d）在玩具車的彎曲車頂上逐步制造印刷的雙極雙層疊電池的照片
（e）玩具車上印刷的雙極雙層疊電池的充電/放電曲線
（f）印刷雙極雙層疊電池和對照電池的不易燃性試驗(yàn)
【小結(jié)】
該研究展示了印刷的雙極全固態(tài)LIB具有出色的靈活性，形狀多樣性，充電/放電性能，不易燃性和制造簡單性等優(yōu)異特性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前廣泛使用的（硫化物或氧化物）無機(jī)電解質(zhì)。研究中描述的基于多級印刷的雙極電池策略作為一種有效和可擴(kuò)展的平臺技術(shù)，將雙極全固態(tài)電池推向更接近商業(yè)化的一步，具有巨大的前景。
