鋰離子電池已經(jīng)無處不在，在智能手機、筆記本電腦和電動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，科學家們已經(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，為大規(guī)模的車輛和電網(wǎng)提供動力。

然而，技術問題阻礙了固態(tài)鋰金屬電池進入高要求的應用領域。其中一個主要的問題是電極和固體電解質(zhì)之間界面的設計。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。這就是為什么科學家們一直在嘗試使用固態(tài)電解質(zhì)來代替。

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，并開始擴大生產(chǎn)電池的試驗線，為續(xù)航里程更長的電動汽車鋪平道路。

本周在柏林舉行的歐洲電動汽車電池峰會上宣布，Imec 表示，其電池在 0.5 攝氏度（2 小時）的充電速度下已實現(xiàn) 400 瓦時/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 時達到 1000Wh/L。

今天的可充電鋰離子電池技術仍有改進空間，但不足以顯著提高電動汽車的續(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)，這為進一步提高電池的能量密度提供了一個平臺，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)的固體納米復合電解質(zhì)具有高達 10 mS/cm 的超高電導率，具有更高電導率的潛力。新材料的一個顯著特點是它以液體形式應用——通過濕化學涂層——只有在它已經(jīng)在電極中就位時才轉(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合電解質(zhì)與標準磷酸鐵鋰 (LFP) 陰極和鋰金屬陽極相結(jié)合，Imec 表示，它現(xiàn)在已經(jīng)制造出一種改進的電池，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 已開始在最先進的實驗室中為這種新型固態(tài)電池技術升級電池，包括一條 300 平方米的電池組裝試驗線，其中包括一個 100 平方米的干燥室。這種傳統(tǒng)的 A4 片對片濕法涂布生產(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對現(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)線進行輕微修改來完成。這意味著新技術不需要昂貴的資本投資即可從濕電池切換到固態(tài)電池。新的試驗線位于其合作伙伴位于比利時亨克的 EnergyVille 園區(qū)；另一個是與哈瑟爾特大學建立的。這些生產(chǎn)線可以生產(chǎn)容量高達 5Ah 的原型軟包電池。EnergyVille 系列已準備好成為研究小組和公司在這些電池上進行研發(fā)項目的基石。

“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。該試驗線使我們能夠采取下一步行動，將電池突破升級到工業(yè)相關工藝和格式，使用類似于濕電池的制造工藝，”Imec/EnergyVille 科學總監(jiān) Philippe Vereecken 說。

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