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固态电池设备制造试卷及答案

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

1.固态电池相较于传统液态锂离子电池，其核心优势之一在于使用了固体电解质。与液态电解质相比，固体电解质通常具有更高的电化学稳定性和化学稳定性，这主要归因于其______的结构和更低的___________。

2.在固态电池的制备过程中，选择合适的电极材料至关重要。阴极材料需要具备较高的___________和良好的电子导电性，常见的正极材料如LiCoO2、LiNiMnCoO2等，其晶体结构通常为___________型。

3.用于制备固态电池正极的涂覆工艺，其目的之一是改善正极材料与集流体之间的___________，同时增加材料的___________，以提高电池的循环寿命和倍率性能。

4.固态电池的制造对环境温湿度控制要求较高，主要目的是防止___________材料吸湿导致性能下降或失效，并确保电池在___________的条件下进行涂覆、辊压等工艺，以保证制件质量。

5.在固态电池设备中，用于精确控制浆料粘度的组件通常称为___________，它对于保证电极涂覆的均匀性和一致性至关重要。

二、

6.简述固态电池中固体电解质可能存在的几种失效机制。

7.比较固态电池与液态电池在电极结构设计方面的主要差异。

8.简要说明在固态电池设备中进行电极辊压工艺的主要目的和关键控制参数。

9.列举至少三种在固态电池制造过程中需要严格控制的质量检测项目，并说明其重要性。

三、

10.论述影响固态电池电极涂覆均匀性的主要因素，并提出相应的控制措施。

11.结合实际生产过程，分析固态电池制造过程中可能面临的主要安全风险及其应对措施。

12.随着固态电池技术的发展，设备制造环节面临哪些新的挑战？请至少提出三个方面的挑战并简述之。

试卷答案

一、

1.更高的离子电导率；离子电导率

2.三方；橄榄石

3.电气接触；压实密度

4.固态电解质；洁净

5.调节阀（或粘度计/粘度控制系统）

二、

6.解析思路：分析固体电解质材料本身的缺陷或与界面相关的因素。主要失效机制包括：①固体电解质内部的本征缺陷，如晶格空位、杂质等导致离子电导率低；②固体电解质与电极界面处的相容性问题，可能形成高电阻的界面层（SEI薄膜异常或缺失）；③电极颗粒与固体电解质之间的界面结合力不足，在充放电循环中发生界面剥落；④固体电解质在电化学窗口内发生分解。

答案：固体电解质内部的本征缺陷（如晶格空位、杂质）；固体电解质与电极界面处的相容性问题（或界面层问题）；电极颗粒与固体电解质之间的界面结合力不足（或界面剥落）；固体电解质在电化学窗口内发生分解。

7.解析思路：对比两类电池的核心差异应聚焦在核心组分——电解质上。液态电池使用液态电解质，离子传输通道是液态电解液本身，电极通常是多孔结构以增加与液体的接触面积。固态电池使用固体电解质，离子传输通道是固体电解质晶格本身，这要求电极材料具有更高的离子电导率，且电极结构可能更致密，以利于离子通过固体电解质。

答案：液态电池使用液态电解质，离子通过液态电解液传输；固态电池使用固体电解质，离子通过固体电解质晶格传输。电极结构方面，液态电池电极多为多孔结构以增加电解液接触面积；固态电池电极可能要求更致密或具有特定结构（如核壳结构）以利于离子穿过固体电解质。

8.解析思路：辊压的目的在于通过机械力使电极浆料在集流体上压实，形成具有一定厚度、密度和均匀性的电极层。关键控制参数包括：压力大小和均匀性、辊压速度、辊隙间距、压后电极厚度等，这些参数直接影响电极的压实密度、微观结构、电接触性能和最终电池性能。

答案：目的：通过机械力压实电极浆料，形成具有特定厚度、高密度和均匀性的电极层，改善电极的电气接触和结构稳定性。关键控制参数：辊压压力、辊速、辊隙、压后厚度。

9.解析思路：质量检测项目应覆盖从材料到成品的各个关键环节，重点关注影响电池性能、寿命和安全的因素。例如：①电极材料（如前驱体）的化学成分和纯度，直接影响最终电极性能；②电极厚度和均匀性，影响电池能量密度和内阻；③电极密度和压实度，影响离子传输和结构稳定性；④固体电解质的厚度、均匀性和与电极的界面结合质量，这是固态电池的核心；⑤电池的循环寿命、倍率性能和安全性测试等。

答案：①电极材料（正负极前驱体）的化学成分和纯度检测；②电极（正负极）厚度和表面形貌的检测；③电极密度/压实度的检测；④固体电解质层厚度、均匀性和界面结合力的检测；⑤（成品）电池的循环寿命、倍率性能或安全性测试。其重要性在于保证电池的预期性能、可