韓研團隊升級共沉澱法 加速全固態電池固態電解質生產

全固態電池（ASSB）將正極與負極之間傳遞離子的「電解質」，由液態改為固態，大幅降低了火災或爆炸的風險。然而，固態電解質難以製造且成本高昂。

韓國電氣技術研究院（KERI）下一代電池研究中心的河允哲（Ha Yoon - Cheol）博士團隊，開發出一種「強化共沉澱法」，能夠更快且更高品質地生產用於全固態電池的鋰超離子導體。早在2021年，河允哲博士團隊就提出「共沉澱法」，引起了業界的高度關注。該方法透過單一容器溶液製程，直接將原料加入單一容器，無需昂貴的硫化鋰（Li₂S），就能大規模生產固態電解質。與傳統方法相比，顯著降低了原料成本，且無需高能研磨或蒸發過程。此技術已轉移給專門從事電氣和電子材料的國內公司大柱電子材料有限公司。

此後，KERI與韓國科學技術院（KAIST）、大柱電子材料有限公司等展開後續研究。透過這些努力，他們成功找出溶解和共沉澱現象背後的詳細機制，進而開發出最佳化升級的共沉澱法，大幅縮短了生產時間，並顯著提升了固態電解質的品質。

共沉澱法的關鍵在於將原料均勻溶解在溶液中，使其沉澱，然後過濾出來的過程。河允哲博士團隊首先以最佳比例混合鋰、硫和催化劑，分析隨著鋰溶解程度依次形成多硫化鋰和硫化鋰的過程。然後將其應用於三元（如Li₃PS₄）和四元（如Li₆PS₅Cl）固態電解質的合成過程，開發出一種能夠使各種原料快速均勻溶解和共沉澱的技術。

KERI共沉澱法的詳細機制分析由韓國知名大學的頂尖研究人員完成。KAIST的卞惠寧（Byon Hye Ryung）教授團隊主導了根據鋰溶解程度形成的中間物種的化學分析。此外，KAIST的白武鉉（Baek Moo - Hyeon）教授團隊和浦項科技大學（POSTECH）的徐鍾哲（Seo Jongcheol）教授團隊進行的量子計算和陰離子質譜分析，對於揭示準確的分子結構起到了關鍵作用。在此基礎上，大柱電子材料有限公司整合了將應用於固態電解質實際量產的連續製程相關技術。

透過產業界、學術界和研究機構的持續合作，升級後的共沉澱法得以開發，固態電解質的生產時間從14小時大幅縮短至僅4小時。最佳合成的固態電解質品質也有所提升。傳統製造方法在擴大生產規模時，一直存在離子導電率降低的問題。然而，在擴大生產過程中應用升級後的共沉澱法，固態電解質的離子導電率達到5.7 mS/cm，超過了液態電解質（約4 mS/cm）的水平。

此外，將固態電解質應用於容量約為智慧型手機電池五分之一的700mAh全固態電池軟包電池中，實現了352Wh/kg的能量密度，超過了商用鋰離子電池（270Wh/kg）的能量密度。而且，在全固態電池充放電1000次的實驗中，它保持了超過80%的容量，證實了其穩定的使用壽命。

該研究成果發表在《能源儲存材料》期刊上。研究團隊確認，這項技術不僅可用於固態電解質的合成，還可用於各種功能塗層的生產。最近，該技術也已申請專利。KERI的河允哲博士表示：「之前的成果意義重大，因為它首次將共沉澱技術引入固態電解質的製造過程，而這次升級的方法是透過詳細分析最佳化共沉澱法原理的結果，從而取得了更好的效果。這將成為開啟全固態電池低成本量產時代的關鍵推動力。」