Preparação de baterias de estado sólido de sulfeto e métodos de montagem de baterias
Jul 24, 2025
Nos últimos anos, o rápido desenvolvimento de eletrólitos sólidos de sulfeto — incluindo Li₂S-SiS₂, Li₂S-B₂S₃, Li₂S-P₂S₅, Li(₁₀±₁)MP₂S₁₂ (onde M = Ge, Si, Sn, Al ou P) e Li₆PS₅X (onde X = Cl, Br, I) — abordou, em particular, parcialmente a desvantagem da condutividade intrínseca insuficiente em eletrólitos sólidos. Esse progresso é exemplificado por sulfetos estruturados em tio-LISICON, como Li₁₀GeP₂S₁₂ (LGPS), que apresentam uma condutividade de íons de lítio extremamente alta à temperatura ambiente de 12 mS/cm, superando a de eletrólitos líquidos. A Figura 1(a) mostra uma bateria de lítio totalmente em estado sólido usando um pellet prensado a frio de pó de eletrólito sólido cerâmico Li₁₀Ge₂PS₁₂ com condutividade elétrica à temperatura ambiente superior a 5 mS/cm, um material de cátodo LiCoO₂, um eletrólito de 99% (30Li₂S·70P₂S₅)·1% P₂O₅ como eletrólito modificador do lado do ânodo e lítio metálico como ânodo. Esta bateria pode normalmente descarregar e operar à temperatura ambiente para acender uma lâmpada de LED. Um diagrama esquemático da estrutura do componente central é mostrado na Figura 1(b), a partir do qual pode ser visto que a camada do cátodo, a camada do eletrólito sólido inorgânico e a folha de lítio estão firmemente ligadas e pressionadas juntas em um molde. Os métodos e processos de preparação de cada componente serão descritos em detalhes a seguir. Figura 1: Bateria de lítio totalmente em estado sólido baseada em eletrólito sólido de sulfeto 1 Método de Preparação do Cátodo O pó eletrólito sólido de sulfeto apresenta um módulo de Young de aproximadamente 20 GPa, juntamente com forte adesão, alta compressibilidade e tendência à deformação plástica. Após a prensagem a frio, demonstra baixa resistência ao contorno de grão; portanto, é adequado para mistura a seco direta com pó catódico durante a preparação da camada catódica [Fig. 2(a)]. Durante a mistura a seco, o agente condutor, o eletrólito sólido de sulfeto e o material catódico são adicionados simultaneamente a uma argamassa, seguido de moagem manual ou misturados mecanicamente com um agitador. Deve-se observar que a compatibilidade entre diferentes materiais catódicos e o eletrólito, a aplicabilidade de vários agentes condutores e a adequação de diferentes revestimentos catódicos precisam ser avaliadas em condições práticas. Figura 2: Método de preparação do cátodo para baterias de lítio de estado sólido baseadas em eletrólitos sólidos de sulfeto Para a fabricação de baterias de sulfeto em larga escala, utilizando o processo roll-to-roll (R2R), o processo de revestimento úmido [Fig. 2(b)] pode ser mais adequado para aumento de escala. Isso ocorre porque ligantes poliméricos e solventes são necessários para preparar camadas finas de eletrólitos e eletrodos com as propriedades mecânicas necessárias para processos R2R de alto rendimento. Além disso, a presença de polímeros flexíveis no eletrólito/eletrodo pode amortecer eficazmente a tensão e a deformação geradas durante ciclos...
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