钜大LARGE | 点击量：521次 | 2021年12月17日
乔治亚理工学院开发熔融渗透技术 可用于制造使用固态电解质的锂电池
一种新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电池相同的生产工艺生产的但却是不可燃的陶瓷电解质。
乔治亚理工学院的材料科学研究人员开发的熔融渗透技术使用的电解质材料可以渗透到多孔但又密实、热稳定的电极中。
一步法生产高密度复合材料的基础上，无压力，毛细管驱动渗透熔融固体电解质进入多孔体，包括多层电极分离器堆栈。
“虽然传统固态电解质的熔点可以在700摄氏度到1000摄氏度以上，但我们的工作温度范围要低得多，这取决于电解液的成分，大致在200摄氏度到300摄氏度之间。”佐治亚理工大学材料科学与工程学院教授格勒布·尤辛解释说，在这些较低的温度下，制造要快得多，也容易得多。材料在低温下不会发生反应。标准电极组件，包括聚合物粘合剂或胶水，在这些条件下是稳定的。
这项新技术将于3月8日发表在《自然材料》（NatureMaterials）杂志上，它可以让大型汽车锂离子电池使用100%固态不可燃陶瓷，而不是使用与传统液体电解质电池生产工艺相同的液体电解质，这将使电池变得更安全。这项正在申请专利的制造技术模仿了用液体电解质制造商业锂离子电池的低成本制造方法，而是使用熔点低的固态电解质熔化并渗入致密电极。因此，使用过去30年为锂离子电池开发和优化的成熟工具和工艺，任何尺寸或形状的高质量多层电池都可以快速大规模生产。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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，特别是温度，如果电池长期过热，它们通常会过早退化，过热的电池可能着火。这促使几乎所有的电动汽车（EV）都配备了复杂且相当昂贵的冷却系统。相比之下，固态电池可能只需要加热器，而加热器的价格明显低于冷却系统。
Yushin和Xiao对这种制造工艺的潜力感到鼓舞，因为这种工艺能够使电池制造商生产出更轻、更安全、更高能量密度的电池。
佐治亚理工大学教授GlebYushin在一个校园电动汽车充电站看到熔融渗透技术为更多的锂离子电池创新打开了闸门。
“开发的熔渗技术与广泛的材料化学兼容，包括所谓的转化型电极。这类材料已被证明能将汽车电池的能量密度提高20%以上，在未来也能提高100%以上。”合著者、佐治亚理工大学研究科学家KostiantynTurcheniuk说，他指出，更高密度的电池支持更长的行驶里程。电池需要高容量电极才能实现性能飞跃。
佐治亚理工学院的技术还没有商业化，但尤辛预测，如果未来电动汽车市场的很大一部分采用固态电池，这可能是唯一的出路，因为这将允许制造商使用现有的生产设施和基础设施。
他说：“这就是为什么我们把重点放在这个项目上——这是我们实验室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介绍，在消费型电动汽车市场全面开放之前，它们需要降到每千瓦时70美元以下。电池创新对实现这一目标至关重要。
材料科学实验室团队目前正致力于开发其他电解质，这些电解质将具有较低的熔点和较高的导电率，使用实验室证明的相同技术。
Yushin设想，该研究团队的制造技术进步为这一领域的更多创新打开了闸门。
“那么多聪明得难以置信的科学家专注于解决极具挑战性的科学问题，却完全忽视了经济和技术的实用性。他们正在研究和优化超高温电解质，这种电解质不仅在电池中的使用成本大大提高，而且比液体电解质重5倍，我的目标是推动研究界走出这个化学盒子。”
