10微米厚的陶瓷電解質(zhì) 讓固態(tài)電池充電速度更快

蓋世汽車訊 多年來(lái)，專家們一直將固態(tài)電池視為理想的下一代電動(dòng)汽車電池技術(shù)。這種電池采用的是固態(tài)電解質(zhì)，而不是易燃液體電解質(zhì)，比目前的鋰離子電池更加安全。而且，固態(tài)電池用鋰金屬負(fù)極取代石墨負(fù)極，所以壽命更長(zhǎng)，重量更輕，可以達(dá)到10倍的能量密度?，F(xiàn)在，福特、現(xiàn)代、日產(chǎn)、豐田和大眾等公司紛紛投資研究固態(tài)電池。

據(jù)外媒報(bào)道，Ion Storage Systems公司推出堅(jiān)固、致密的陶瓷電解質(zhì)。這種電解質(zhì)只有10微米厚，與目前鋰離子電池中使用的塑料隔板厚度相同；并且與當(dāng)前的液體電解質(zhì)一樣，可以傳導(dǎo)鋰離子。該公司首席執(zhí)行官Eric Wachsman稱，它克服了固態(tài)電池的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：電解質(zhì)電阻高和載流量低。

此類電解質(zhì)共分三層，中間一層是薄且致密的氧化鋰陶瓷（化學(xué)式為L(zhǎng)i7La3Zr2O12），兩側(cè)是稍厚一點(diǎn)的多孔陶瓷層。多孔陶瓷層上的超薄氧化鋁涂層，有助于進(jìn)一步降低電阻。

致密的中間層可以增加強(qiáng)度，防止陶瓷破碎；而且能夠防止產(chǎn)生鋰枝晶，讓電池更加安全。另外，多孔氧化鋁涂層允許鋰離子快速進(jìn)入電解質(zhì)?，F(xiàn)在，鋰離子電池中所產(chǎn)生的鋰枝晶，能夠刺穿薄薄的塑料隔板，造成短路風(fēng)險(xiǎn)。

Wachsman表示：“獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和界面處理方式，有利于降低電阻。高電阻一直是固態(tài)電池的難題?！币?yàn)殇囯x子在電極和電解質(zhì)之間傳輸順暢，所以，電池的電流密度高達(dá)10mA/Cm2。而且，在幾乎不產(chǎn)生枝晶的情況下，電池可以實(shí)現(xiàn)快速充電，“大約需要5到10分鐘。對(duì)固體電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，這是前所未有的。”另外，該公司原型電池的能量密度約為300Wh/kg。目前，商用鋰離子電池的最大能量密度為250wh /kg。

Wachsman和馬里蘭大學(xué)能源創(chuàng)新研究所（University of Maryland Energy Innovation Institute）的研究人員，利用名為流延成型（tape casting）的傳統(tǒng)陶瓷制造技術(shù)，構(gòu)建電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。研究團(tuán)隊(duì)之所以選擇氧化物基陶瓷，而不是硫化物基陶瓷或玻璃、塑料電解質(zhì)，是因?yàn)樵谧畲箅妷悍秶鷥?nèi)，氧化物運(yùn)行狀況良好，而且可以與鋰金屬負(fù)極和各類正極兼容。

目前，該公司正在其試點(diǎn)生產(chǎn)線上生產(chǎn)原型電池，現(xiàn)在已有幾家客戶有意合作。Wachsman稱，如果進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，電池的成本能滿足美國(guó)能源部$100/kWh的要求。