发现低成本,快速生产电动汽车固态电池的关键

阅读 : 2281发布时间 : 03/10发布人:欧力泰

一种新的采用不易燃的陶瓷电解质的制造技术可以使固态汽车锂离子电池采用与传统液体电解质制成的电池相同的生产工艺。
乔治亚理工学院材料科学研究人员开发的熔体渗透技术使用的电解质材料可以渗透到多孔但密堆积的热稳定电极中。

一步法可基于无压力,毛细管驱动的熔融固体电解质渗透到多孔体(包括多层电极隔板堆)中,从而生产高密度复合材料。

Gleb Yushin解释说:“虽然传统的固态电解质的熔点范围可以从700摄氏度到1000摄氏度以上,但我们在较低的温度范围内运行,具体取决于电解质的成分,大约为200到300摄氏度,”佐治亚理工学院材料科学与工程学院教授。“在这些较低的温度下,制造更快,更容易。在低温下的材料不会发生反应。包括聚合物粘合剂或胶水在内的标准电极组件在这些条件下可以保持稳定。”

这项新技术将于3月8日发表在《自然材料》杂志上,该技术可以使大型汽车锂离子电池使用与传统液体电解质电池生产过程相同的制造工艺,而不是使用液体电解质,使用100%固态不可燃陶瓷,从而变得更加安全。 。正在申请专利的制造技术模仿了使用液体电解质的低成本商用锂离子电池的制造方法,但改为使用熔点低的固态电解质,将其熔化并渗入致密的电极中。结果,可以使用过去30年来为锂离子电池开发和优化的,经过验证的工具和工艺,快速,大规模地制造出任何大小或形状的高质量多层电池。

乔治亚理工学院的研究生Yiran Xiao解释说:“熔渗技术是关键的进步。锂离子电池的循环寿命和稳定性在很大程度上取决于工作条件,尤其是温度。” “如果电池长时间长时间过热,它们通常会开始过早退化,并且过热的电池可能着火。这促使几乎所有电动汽车(EV)都配备了复杂且昂贵的冷却系统。” 相反,固态电池可能只需要加热器,加热器比冷却系统便宜得多。

Yushin和Xiao对这种制造工艺的潜力感到鼓舞,这种潜力使电池制造商能够生产出更轻,更安全,更节能的电池。

“已开发的熔体渗透技术可与包括所谓转换型电极在内的多种材料化学兼容。目前,这种材料已证明可将汽车电池的能量密度提高20%以上,在汽车中的能量密度可提高100%以上。共同作者和佐治亚理工学院研究科学家Kostiantyn Turcheniuk说道,并指出更高密度的电池支持更长的行驶距离。电池需要大容量的电极才能实现这一性能飞跃。

佐治亚理工学院的技术尚未投入商业应用,但Yushin预测,如果未来电动汽车市场的很大一部分都使用固态电池,“这可能是唯一的方法”,因为它将允许制造商使用其现有产品设施和基础设施。

他说:“这就是我们专注于该项目的原因-这是我们实验室追求的最具商业可行性的创新领域之一。”

电池价格在2020年首次达到每千瓦时100美元。据Yushin称,他们必须将价格降至每千瓦时70美元以下,才能完全打开消费者电动车市场。电池创新对于这种情况至关重要。

材料科学实验室团队目前致力于使用实验室中证明的相同技术开发其他熔点较低且电导率较高的电解质。

Yushin展望了该研究团队的制造进步,为在该领域进行更多创新打开了闸门。

“这么多难以置信的聪明科学家专注于解决非常具有挑战性的科学问题,而完全忽略了经济和技术实用性。他们正在研究和优化高温电解液,这种电解液不仅在细胞中使用的成本高得多,而且多达五种。相较于液态电解质,它重了两倍。”他解释说。“我的目标是推动研究界将目光投向化学实验室之外。”


原文链接
https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210308131706.htm

资料来源:

佐治亚技术学院提供的材料。

期刊参考:

Yiran Xiao, Kostiantyn Turcheniuk, Aashray Narla, Ah-Young Song, Xiaolei Ren, Alexandre Magasinski, Ayush Jain, Shirley Huang, Haewon Lee, Gleb Yushin. Electrolyte melt infiltration for scalable manufacturing of inorganic all-solid-state lithium-ion batteries. Nature Materials, 2021; DOI: 10.1038/s41563-021-00943-2

佐治亚理工学院。“找到低成本,快速生产电动汽车用固态电池的关键:传统的锂离子制造工具为更轻,更安全,更节能的电池提供了更好的制造选择。” 科学日报。ScienceDaily,2021年3月8日。