溶液浇铸渗透法主要利用其优越的流动性来解决固态电池常见的界面问题。通过将两性离子聚氨酯固体聚合物电解质 (zPU-SPE) 以液体溶液的形式引入，在固化前渗透到磷酸铁锂 (LiFePO4) 阴极的微观间隙中，从而形成物理方法无法比拟的接触质量。
核心见解 该技术的基本优势在于建立了全面、连续的离子传输网络。与物理压制不同，溶液浇铸消除了界面空隙，显著降低了阻抗，并确保了均匀的离子通量，从而获得了卓越的电池倍率性能。
优化物理界面
利用优越的流动性
溶液浇铸工艺利用了聚合物溶液的液体特性。这种流动性使 zPU-SPE 能够自由流动，而不是通过机械力强制。
渗透高纵横比的孔隙
LiFePO4 阴极颗粒包含称为高纵横比孔隙的深而窄的间隙。溶液浇铸法使电解质能够深入有效地渗透到这些难以到达的区域。
原位固化的力量
一旦溶液渗透到结构中，它就会进行原位固化。这意味着电解质在其所在位置固化，锁定在阴极的几何形状中，以保持永久的物理接触。
增强电化学性能
创建紧密的传输路径
深度渗透形成了全面的离子传输路径。这种连续的网络比表面接触更有效地将活性材料连接到电解质。
降低内部界面阻抗
固态电池的一个主要障碍是组件连接处的电阻（阻抗）。通过填充空隙和最大化表面积接触，该方法显著降低了内部电阻。
确保均匀的锂离子通量
紧密、均匀的接触可确保锂离子在活性材料颗粒表面均匀分布。这可以防止出现“热点”活性，并有助于稳定运行。
了解权衡
物理压制的局限性
要理解溶液浇铸的价值，必须认识到替代方法：物理压制的弊端。 物理压制依赖机械力将两种固体压在一起。主要参考资料表明，该方法未能实现溶液浇铸所达到的“全面而紧密”的路径，导致电阻更高，性能更低。
为您的目标做出正确的选择
在决定 zPU-SPE 和 LiFePO4 系统的渗透方法时，请考虑您的性能优先事项：
- 如果您的主要重点是倍率性能：溶液浇铸是更优的选择，因为降低的阻抗可以实现更快的充电和放电能力。
- 如果您的主要重点是界面稳定性：该方法通过原位固化创建固化的、互锁的连接，提供了最佳选择。
通过用流体动力学取代机械力，您可以将电解质-阴极界面从瓶颈转变为高效通道。
总结表：
| 特性 | 物理压制 | 溶液浇铸渗透 |
|---|---|---|
| 机制 | 机械力（固-固） | 流体渗透和原位固化 |
| 界面质量 | 易出现空隙和高阻抗 | 紧密、全面的接触 |
| 孔隙渗透 | 仅限于表面 | 高纵横比孔隙的深度渗透 |
| 离子通量 | 分布不均匀 | 高度均匀的锂离子通量 |
| 主要优势 | 工艺简单 | 卓越的倍率性能和稳定性 |
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参考文献
- Kun Wang, Sangil Kim. Novel Zwitterionic Polyurethane‐in‐Salt Electrolytes with High Ion Conductivity, Elasticity, and Adhesion for High‐Performance Solid‐State Lithium Metal Batteries. DOI: 10.1002/aenm.202405676
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
