當(dāng)今市場(chǎng)大多采用鋰離子電池(LIB)為各種電子設(shè)備提供動(dòng)力,而固態(tài)電池(SSB)作為一種高能量密度的電池技術(shù),具有「陶瓷」固態(tài)電解質(zhì),可將電池內(nèi)部的陽極和陰極分隔開(部分固態(tài)電池使用鋰作為陽極)。
在將固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化之前,研究人員必須選擇具有成本效益的策略來生產(chǎn)其單個(gè)組件并開發(fā)新的電池設(shè)計(jì)。麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員寫了一篇綜述性論文,總結(jié)了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展,概述了可用于未來固態(tài)電池設(shè)計(jì)中的電解質(zhì)膜和陰極膜的處理策略。
「由于過去的大多數(shù)研究都集中在粒狀固體電解質(zhì)上,因此目前SSB預(yù)估的生產(chǎn)成本中有75%被高估了,因?yàn)樗鼈兪腔诟邷毓矡Y(jié)技術(shù)進(jìn)行固體電解質(zhì)處理的,」Moran Balaish說道「因此,一些預(yù)測(cè)得出結(jié)論,基于氧化物固體電解質(zhì)的SSB幾乎無法與LIB競(jìng)爭(zhēng)。」
這篇綜述文章傳達(dá)了一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的信息,即過渡到固態(tài)電池的新方式。這種過渡方式對(duì)于改善固態(tài)電池結(jié)構(gòu)并降低其成本是非常有價(jià)值的,同時(shí)為在更大范圍內(nèi)整合非鈷陰極開辟新的可能性。
圖示:基于金屬鋰的SSB的成本和設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。
盡管有幾項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了只有幾微米厚的固態(tài)電池的潛力,但到目前為止,很少有團(tuán)隊(duì)能夠提出大規(guī)模生產(chǎn)這些組件的有效策略。Rupp基于他們過去幾年收集的研究證據(jù)提出了自己的假設(shè),并且提出了最終可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。
「我們?cè)谡撐闹刑岢龅囊恍﹩栴}是:哪種方法適合開發(fā)這些組件,這些方法將如何影響熱處理預(yù)算以降低成本,并提供避免陰極/電解質(zhì)共燒結(jié)的選擇。目的是激勵(lì)其他團(tuán)隊(duì)探索替代制造薄而結(jié)實(shí)的固態(tài)電池以及用于SSB的電解質(zhì)的選擇。」
「我們提供了影響電池組裝的低溫制造選擇?!筊upp在論文中強(qiáng)調(diào),現(xiàn)在有足夠的機(jī)會(huì)在1-20微米的所需尺寸范圍內(nèi)在低溫下制造陶瓷SSB電解質(zhì)膜。
此外,他們認(rèn)為,通過避免使用昂貴的陰極和電解質(zhì)共燒結(jié)策略,現(xiàn)有策略可以降低SSB的生產(chǎn)成本?!咐纾绻谠O(shè)計(jì)和制造SSB氧化物基電池時(shí)避免高溫共燒結(jié),則可以使用較少的鈷來生產(chǎn)陰極材料?!?/p>
還討論了替代共燒結(jié)策略可能會(huì)影響基于氧化物的鋰基固態(tài)電池的競(jìng)爭(zhēng)力,可以為電動(dòng)汽車或便攜式電子產(chǎn)品中的低溫固態(tài)電池的進(jìn)一步研究鋪平道路。
「迄今為止,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)術(shù)研究都選擇制造燒結(jié)顆粒作為測(cè)試和組裝的方法,只有少數(shù)幾家研究替代性的設(shè)計(jì)。但問題是,由于陰極中的很多材料在高溫下與電解質(zhì)共燒結(jié)時(shí)都是不穩(wěn)定的,燒結(jié)成顆粒會(huì)過于限制鈷在陰極的集成,導(dǎo)致不理想的形狀和高昂的工藝成本?!乖谖磥淼难芯恐校芯咳藛T計(jì)劃將重點(diǎn)放在SSB開發(fā)的兩個(gè)主要方面。首先,他們概述了各種其他無需依靠共燒結(jié)過程、可用于處理SSB的陰極和電解質(zhì)的策略。
「與傳統(tǒng)的『從粉末到顆粒或帶狀』的制造方法相比,新方法具有很多挑戰(zhàn)、更加耗時(shí),因?yàn)榇嬖诰薮蟮?a target="_blank">參數(shù)范圍,同時(shí)保持化學(xué)計(jì)量并不那么簡(jiǎn)單。但是,如果解決了這些挑戰(zhàn),可能會(huì)產(chǎn)生有價(jià)值的替代制造方式,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,這將為整合更多減少鈷含量的陰極材料打開大門。」
正計(jì)劃進(jìn)行新的研究,以探索加速大規(guī)模發(fā)展和實(shí)施固態(tài)電池的方法。當(dāng)前,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造SSB電解質(zhì)預(yù)估平均需要10年以上,減少組件的尺寸可能還需要5到10年的時(shí)間。這些時(shí)間都非常長(zhǎng),因此迫切需要更快的處理技術(shù)。
「在我們目前的研究中,我們探索并給出了陶瓷化合物及其化學(xué)成分的快速篩選和快速自動(dòng)化處理的方法,以更快地測(cè)試性能并得到最佳制造路線。這并不像人們想象的那么簡(jiǎn)單,因?yàn)閭鹘y(tǒng)固態(tài)電池加工路線對(duì)于快速篩選和運(yùn)行自動(dòng)循環(huán)具有一定的復(fù)雜性。」
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原文標(biāo)題:MIT最新研究:換個(gè)方式,可使固態(tài)電池生產(chǎn)成本降低75%
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