固態(tài)電池的性能高度依賴于其核心材料(固態(tài)電解質(zhì)、高鎳/富鋰錳基正極、硅碳/鋰金屬負(fù)極)的微觀結(jié)構(gòu)、純度和一致性。傳統(tǒng)熱風(fēng)干燥依賴熱傳導(dǎo)和對流,存在加熱不均、能耗高、可能破壞材料精細(xì)結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn)。而微波干燥作為一種“體加熱”技術(shù),以其獨(dú)特優(yōu)勢,為這些新材料的制備帶來了革新性的解決方案。

一、 微波干燥的核心原理與優(yōu)勢
原理:微波是一種高頻電磁波。它作用于極性分子(特別是水分子),使其高速振蕩、摩擦,從而從材料內(nèi)部直接產(chǎn)生熱量,實(shí)現(xiàn)“由內(nèi)而外”的整體均勻加熱。
相比于傳統(tǒng)干燥,在固態(tài)電池新材料制備中,微波干燥的突出優(yōu)勢在于:
高效快速:能量直接作用于水分子,無需通過介質(zhì)傳導(dǎo),干燥速率可提高數(shù)倍至數(shù)十倍。
加熱均勻:體加熱模式避免了表面硬化、內(nèi)部潮濕的“夾生”現(xiàn)象,特別適合多孔電極漿料或納米粉體。
選擇性加熱:水分吸收微波能力強(qiáng),而許多固態(tài)材料本身(如干燥的陶瓷氧化物)吸收較弱,從而實(shí)現(xiàn)高效脫水而不使材料本體過熱。
結(jié)構(gòu)保護(hù):快速脫水和相對較低的干燥溫度,能有效抑制納米顆粒的團(tuán)聚、減小內(nèi)應(yīng)力,有助于保持材料原始的微觀形貌和孔隙結(jié)構(gòu)。
節(jié)能環(huán)保:能量利用效率高,可大幅降低干燥能耗。
二、 在固態(tài)電池關(guān)鍵材料制備中的具體應(yīng)用
1. 硫化物固態(tài)電解質(zhì)的合成與后處理
應(yīng)用點(diǎn):硫化物電解質(zhì)(如LPS, argyrodite型)對空氣和水分極度敏感,合成后需快速、徹底地去除殘留的溶劑(如乙醇)和吸附水。
微波的貢獻(xiàn):微波干燥能在惰性氣氛保護(hù)下,快速、均勻地實(shí)現(xiàn)深度脫水。這能避免傳統(tǒng)長時(shí)間熱干燥可能引起的硫化物氧化或分解,顯著提高電解質(zhì)的純度、離子電導(dǎo)率和批次穩(wěn)定性,對保證全固態(tài)電池的性能至關(guān)重要。
2. 氧化物固態(tài)電解質(zhì)與復(fù)合正極的制備
應(yīng)用點(diǎn):制備LLZO、LLTO等氧化物電解質(zhì)粉體,或制備“固-固”緊密結(jié)合的正極復(fù)合膜(正極活性材料+固態(tài)電解質(zhì)+導(dǎo)電劑)時(shí),漿料的干燥過程會影響最終的界面接觸和離子傳輸網(wǎng)絡(luò)。
微波的貢獻(xiàn):均勻的體加熱能使?jié){料中的溶劑迅速逸出,減少因干燥不均導(dǎo)致的應(yīng)力開裂和成分偏析,有助于形成更均勻致密、界面接觸良好的電解質(zhì)層或復(fù)合正極層,降低界面阻抗。
3. 高容量正極材料(如富鋰錳基)的合成
應(yīng)用點(diǎn):前驅(qū)體共沉淀后需要干燥。傳統(tǒng)干燥易導(dǎo)致前驅(qū)體顆粒不均勻、鋰鎳混排度增加。
微波的貢獻(xiàn):快速均勻的干燥能獲得粒度分布更窄、結(jié)晶度更可控的前驅(qū)體,為后續(xù)高溫煅燒得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的高容量正極材料奠定基礎(chǔ),提升材料的首次充放電效率和循環(huán)穩(wěn)定性。
4. 硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極界面層材料
應(yīng)用點(diǎn):硅負(fù)極漿料或用于穩(wěn)定鋰金屬的人工SEI膜涂層材料的干燥。
微波的貢獻(xiàn):快速干燥能減少硅顆粒在干燥過程中的自團(tuán)聚,有利于維持電極的孔隙結(jié)構(gòu),緩沖體積膨脹。對于聚合物基的涂層材料,微波也能實(shí)現(xiàn)快速固化,形成均勻的保護(hù)層。
