鉅大LARGE | 點擊量：538次 | 2021年12月17日
喬治亞理工學(xué)院開發(fā)熔融滲透技術(shù) 可用于制造使用固態(tài)電解質(zhì)的鋰電池
一種新的制造技術(shù)可以使固態(tài)汽車鋰離子電池采用與傳統(tǒng)液體電解質(zhì)電池相同的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的但卻是不可燃的陶瓷電解質(zhì)。
喬治亞理工學(xué)院的材料科學(xué)研究人員開發(fā)的熔融滲透技術(shù)使用的電解質(zhì)材料可以滲透到多孔但又密實、熱穩(wěn)定的電極中。
一步法生產(chǎn)高密度復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，無壓力，毛細管驅(qū)動滲透熔融固體電解質(zhì)進入多孔體，包括多層電極分離器堆棧。
“雖然傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)的熔點可以在700攝氏度到1000攝氏度以上，但我們的工作溫度范圍要低得多，這取決于電解液的成分，大致在200攝氏度到300攝氏度之間。”佐治亞理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授格勒布·尤辛解釋說，在這些較低的溫度下，制造要快得多，也容易得多。材料在低溫下不會發(fā)生反應(yīng)。標準電極組件，包括聚合物粘合劑或膠水，在這些條件下是穩(wěn)定的。
這項新技術(shù)將于3月8日發(fā)表在《自然材料》（NatureMaterials）雜志上，它可以讓大型汽車鋰離子電池使用100%固態(tài)不可燃陶瓷，而不是使用與傳統(tǒng)液體電解質(zhì)電池生產(chǎn)工藝相同的液體電解質(zhì)，這將使電池變得更安全。這項正在申請專利的制造技術(shù)模仿了用液體電解質(zhì)制造商業(yè)鋰離子電池的低成本制造方法，而是使用熔點低的固態(tài)電解質(zhì)熔化并滲入致密電極。因此，使用過去30年為鋰離子電池開發(fā)和優(yōu)化的成熟工具和工藝，任何尺寸或形狀的高質(zhì)量多層電池都可以快速大規(guī)模生產(chǎn)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
熔滲技術(shù)是關(guān)鍵的進步。鋰離子電池的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性在很大程度上取決于工作條件，特別是溫度，如果電池長期過熱，它們通常會過早退化，過熱的電池可能著火。這促使幾乎所有的電動汽車（EV）都配備了復(fù)雜且相當昂貴的冷卻系統(tǒng)。相比之下，固態(tài)電池可能只需要加熱器，而加熱器的價格明顯低于冷卻系統(tǒng)。
Yushin和Xiao對這種制造工藝的潛力感到鼓舞，因為這種工藝能夠使電池制造商生產(chǎn)出更輕、更安全、更高能量密度的電池。
佐治亞理工大學(xué)教授GlebYushin在一個校園電動汽車充電站看到熔融滲透技術(shù)為更多的鋰離子電池創(chuàng)新打開了閘門。
“開發(fā)的熔滲技術(shù)與廣泛的材料化學(xué)兼容，包括所謂的轉(zhuǎn)化型電極。這類材料已被證明能將汽車電池的能量密度提高20%以上，在未來也能提高100%以上?！焙现?、佐治亞理工大學(xué)研究科學(xué)家KostiantynTurcheniuk說，他指出，更高密度的電池支持更長的行駛里程。電池需要高容量電極才能實現(xiàn)性能飛躍。
佐治亞理工學(xué)院的技術(shù)還沒有商業(yè)化，但尤辛預(yù)測，如果未來電動汽車市場的很大一部分采用固態(tài)電池，這可能是唯一的出路，因為這將允許制造商使用現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施。
他說：“這就是為什么我們把重點放在這個項目上——這是我們實驗室最具商業(yè)可行性的創(chuàng)新領(lǐng)域之一?！?/p>
電池價格在2020年首次達到每千瓦時100美元。據(jù)Yushin介紹，在消費型電動汽車市場全面開放之前，它們需要降到每千瓦時70美元以下。電池創(chuàng)新對實現(xiàn)這一目標至關(guān)重要。
材料科學(xué)實驗室團隊目前正致力于開發(fā)其他電解質(zhì)，這些電解質(zhì)將具有較低的熔點和較高的導(dǎo)電率，使用實驗室證明的相同技術(shù)。
Yushin設(shè)想，該研究團隊的制造技術(shù)進步為這一領(lǐng)域的更多創(chuàng)新打開了閘門。
“那么多聰明得難以置信的科學(xué)家專注于解決極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題，卻完全忽視了經(jīng)濟和技術(shù)的實用性。他們正在研究和優(yōu)化超高溫電解質(zhì)，這種電解質(zhì)不僅在電池中的使用成本大大提高，而且比液體電解質(zhì)重5倍，我的目標是推動研究界走出這個化學(xué)盒子。”
