2026年2月24日 星期二

新能源固態電池的固–固握手工程,可以這麼做

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新能源固態電池的關鍵,不只是導電率,而是電極與電解質這兩個「固體」,能不能握手成功。

液態電池的電解質可以自行潤濕介面;而固態電池中的電極與電解質皆為固體,一旦介面接觸不足,阻抗迅速上升,迴圈壽命與安全性隨之受限。因此,固介面是否能夠建立並長期維持有效接觸,成為新能源固態電池能否落地的核心工程問題。

在硫化物或氧化物無機固態電解質體系中,引入高分子形成聚合物複合型固態電解質,正是為了解決這場「固固握手」的難題。

一、前驅狀態評估 能不能牽手,開始決定握手是否成功

在硫化物或氧化物無機固態電解質與高分子形成的複合體系中,高分子在制程初期多以溶液態、熔融態或低聚物前驅狀態存在,扮演著連接兩個固體的仲介角色。其核心任務包括:

  • 分散無機顆粒
  • 包覆電極表面
  • 填充電極孔隙

此階段材料是否能有效滲入、均勻鋪展並避免相分離,高度取決於高分子的流動行為與內聚結構

制程前與浸潤或塗布階段(Wet / Semi-wet State),可透過SMS微力學測試儀,搭配不同黏性等級對應的漏斗式孔隙裝置,類比實際灌注條件下所需的壓力與溫度,量化評估以下關鍵參數:

  • 高分子溶液/漿料的拉伸張力Tensile behavior
  • 流動阻抗與假塑性Flow / Consistency
  • 無機顆粒聚合物間的黏聚力Cohesion
  • 對電極或集流體表面的初始黏附行為Adhesion / Tack

這些資料,直接決定高分子是否具備把兩個固體牽到一起的能力

二、固化階段性能測試 從牽手到握緊,是否固固介面站得住

在幹法或低溶劑制程下,當體系由 Green State 進入 乾燥、成膠或固化階段,高分子聚合物逐步由可流動狀態轉為黏彈性固體或交聯網路,開始同時扮演:

  • 固態電解質基體
  • 黏合劑(Binder

這一階段的核心工程問題在於:

是否能在不犧牲離子傳輸的前提下,建立穩定且可承載應力的固固接觸介面。

透過質構儀,可針對固化前後進行系統化類比與量化,包括:

  • 幹法黏合條件下的壓縮回彈與結構鎖扣行為
  • 固化前後內聚強度的發展變化Cohesive strength development
  • 聚合物對硫化物/氧化物顆粒與電極表面的介面黏附強度
  • 類「機械鎖扣(mechanical interlocking」結構的穩定性評估

這些指標決定的,不只是是否黏住,而是固介面能否在實際壓合與使用條件下維持貼合


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三、服役條件與老化階段- 握手之後,能不能不放手

在電池實際運行過程中,複合型固態電解質需長期承受:

  • 充放電引起的體積變化
  • 熱迴圈
  • 固介面產生的應力累積

因此,高分子聚合物是否能在常溫或設定溫度條件下,持續維持黏合與結構完整性,是影響固態電池安全性與壽命的關鍵。SMS 微力學測試儀進一步對 Aging & Reliability 進行評估,包括:

  • 應力鬆弛Stress relaxation)與蠕變Creep)行為
  • 固化後固結合強度的時間衰減
  • 熱老化後介面的剝離、脆化或黏性流失風險

這些測試,有助於在材料開發階段即提前識別潛在的介面失效模式。透過SMS 微力學測試儀量化,是固固握手工程的關鍵工具,質構儀不僅是在量測黏不黏,而是系統性量化高分子在制程、成形與服役全週期中,從流動、黏聚、黏附、結構鎖扣到固固介面穩定性的關鍵力學行為。新能源固態電池是否可行,取決於兩 功;而質構量化,正是判斷這場握手是否穩定、是否持久的工程方法。

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