鋰離子電池已經(jīng)無(wú)處不在，在智能手機(jī)、筆記本電腦和電動(dòng)汽車中都有一席之地。但在尋找更高能量密度的更好解決方案時(shí)，科學(xué)家們已經(jīng)轉(zhuǎn)向固態(tài)鋰金屬電池。鋰金屬電池可能比鋰離子電池具有更高的能量密度。它們被視為電池的未來(lái)，為大規(guī)模的車輛和電網(wǎng)提供動(dòng)力。

然而，技術(shù)問(wèn)題阻礙了固態(tài)鋰金屬電池進(jìn)入高要求的應(yīng)用領(lǐng)域。其中一個(gè)主要的問(wèn)題是電極和固體電解質(zhì)之間界面的設(shè)計(jì)。鋰離子電池中的電解質(zhì)通常是液體和高度易燃，構(gòu)成安全隱患。這就是為什么科學(xué)家們一直在嘗試使用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)代替。

研究中心 Imec 表示，它已將其固態(tài)鋰金屬電池的能量密度提高了一倍，并開始擴(kuò)大生產(chǎn)電池的試驗(yàn)線，為續(xù)航里程更長(zhǎng)的電動(dòng)汽車鋪平道路。

本周在柏林舉行的歐洲電動(dòng)汽車電池峰會(huì)上宣布，Imec 表示，其電池在 0.5 攝氏度（2 小時(shí)）的充電速度下已實(shí)現(xiàn) 400 瓦時(shí)/升的能量密度。該組織的固態(tài)電池工程路線圖稱，到 2024 年，它將超越濕鋰離子電池的性能，并在 2-3C 時(shí)達(dá)到 1000Wh/L。

今天的可充電鋰離子電池技術(shù)仍有改進(jìn)空間，但不足以顯著提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和自主性。因此，Imec 的研究人員正在努力用固體材料代替濕電解質(zhì)，這為進(jìn)一步提高電池的能量密度提供了一個(gè)平臺(tái)，超出了基于液體電解質(zhì)的電池的能量密度。

研發(fā)中心開發(fā)的固體納米復(fù)合電解質(zhì)具有高達(dá) 10 mS/cm 的超高電導(dǎo)率，具有更高電導(dǎo)率的潛力。新材料的一個(gè)顯著特點(diǎn)是它以液體形式應(yīng)用——通過(guò)濕化學(xué)涂層——只有在它已經(jīng)在電極中就位時(shí)才轉(zhuǎn)化為固體。這樣，它非常適合鑄造成致密的粉末電極，在那里它填充所有空腔并實(shí)現(xiàn)最大的接觸，就像液體電解質(zhì)一樣。

使用這種固體納米復(fù)合電解質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)磷酸鐵鋰 (LFP) 陰極和鋰金屬陽(yáng)極相結(jié)合，Imec 表示，它現(xiàn)在已經(jīng)制造出一種改進(jìn)的電池，其能量密度和充電速度的組合創(chuàng)下了固態(tài)電池的記錄。 

Imec 的固態(tài)電池

此外，Imec 已開始在最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室中為這種新型固態(tài)電池技術(shù)升級(jí)電池，包括一條 300 平方米的電池組裝試驗(yàn)線，其中包括一個(gè) 100 平方米的干燥室。這種傳統(tǒng)的 A4 片對(duì)片濕法涂布生產(chǎn)線適用于 Imec 固體電解質(zhì)的加工。

新電池的組裝可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線進(jìn)行輕微修改來(lái)完成。這意味著新技術(shù)不需要昂貴的資本投資即可從濕電池切換到固態(tài)電池。新的試驗(yàn)線位于其合作伙伴位于比利時(shí)亨克的 EnergyVille 園區(qū)；另一個(gè)是與哈瑟爾特大學(xué)建立的。這些生產(chǎn)線可以生產(chǎn)容量高達(dá) 5Ah 的原型軟包電池。EnergyVille 系列已準(zhǔn)備好成為研究小組和公司在這些電池上進(jìn)行研發(fā)項(xiàng)目的基石。

“新電池表明我們的突破性電解質(zhì)可以集成到高性能電池中。該試驗(yàn)線使我們能夠采取下一步行動(dòng)，將電池突破升級(jí)到工業(yè)相關(guān)工藝和格式，使用類似于濕電池的制造工藝，”Imec/EnergyVille 科學(xué)總監(jiān) Philippe Vereecken 說(shuō)。

Imec 的電池研發(fā)是一項(xiàng)開放式創(chuàng)新的合作計(jì)劃，它表示它邀請(qǐng)所有感興趣的各方參與其中。