無溶劑干膜技術(shù)因其能夠避免有毒有機(jī)溶劑造成的污染/浪費(fèi)以及在提高能量密度、改善電化學(xué)性能和電極-電解質(zhì)界面相容性等方面的優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。然而，仍然缺少對(duì)該領(lǐng)域的研究進(jìn)展和技術(shù)發(fā)展的總結(jié)。

在此，中科院物理所吳凡研究員、李泓研究員等人系統(tǒng)地總結(jié)和整理了干法制備方向的學(xué)術(shù)文章和工業(yè)專利研究，并全面概述了無溶劑干膜技術(shù)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、發(fā)展過程、主要機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域。

首先，作者介紹了無溶劑干膜技術(shù)的發(fā)展歷史，然后詳細(xì)討論了不同類型的干膜制造方法。其中，粉末噴涂和粘結(jié)劑原纖化因其低成本的大規(guī)模生產(chǎn)能力而被強(qiáng)調(diào)為關(guān)鍵方法，作者詳細(xì)說明了相關(guān)的制備過程，包括原理、程序和參數(shù)。

基于這兩種方法所制備的膜具有比濕法生產(chǎn)膜更好的物理/化學(xué)性能，包括分布更均勻、接觸更緊密、更低粘結(jié)劑含量、更好的放電倍率能力和優(yōu)異的循環(huán)性能。作者對(duì)上述兩種方法的行業(yè)專利和研究院的研究論文進(jìn)行了分析/總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)適用于全固態(tài)電池（ASSB）。

圖1. 干膜技術(shù)在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用

干膜生產(chǎn)技術(shù)省去了傳統(tǒng)濕電極工藝的溶劑混合、涂層干燥和溶劑回收步驟，大大縮短了生產(chǎn)過程，從而降低了能耗和設(shè)備投資成本。而且，這項(xiàng)技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)效率。然而，干膜制作技術(shù)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用尚不成熟，有待進(jìn)一步發(fā)展。首先，干法目前主要用于制備超級(jí)電容器和液態(tài)鋰離子電池中的電極。因此，有必要將其應(yīng)用擴(kuò)展到ASSBs、Li-S電池中的電極和電解質(zhì)膜及后Li⁺時(shí)代電池（鋅空氣電池）中催化層/防水透氣層的制備。

此外，應(yīng)該研究能夠以低成本均勻有效地分散的新材料。為了提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性能，需要開發(fā)更精密、能精確控制膜厚度的制膜設(shè)備。最后，應(yīng)開發(fā)高離子電導(dǎo)率的粘結(jié)劑以改善電極和電解質(zhì)膜的動(dòng)力學(xué)。隨著上述問題的解決，干膜技術(shù)將極大地促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。

圖2. 全固態(tài)電池中的干膜生產(chǎn)

Progress in solvent-free dry-film technology for batteries and supercapacitors, Materials Today 2022. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.04.008