锂离子电池的技术发展及对电动车的助力挑战在于电池材料及工艺

2020-04-28 14:55

为提升电动车的续航里程数，许多业内人士将其希望放在固态电池上，而非液态电池上。锂离子可通过某类固态电解质的“隧道”（tunnel through）。这类电池的安全性更高，也有望使用其他电解质材料，从而获得更高的能量密度。在各类最新的固态电池方案中，三星在韩国和日本的实验室提出了一款设计，牵头人为Dongmin Im。该设计采用了一款NMC阴极、银、碳复合物组成的阳极及一款基于硫银锗矿基材的固态电解质，硫银锗矿主要由银、锗和硫三类材料组成。

据该团队于今年3月发布的论文显示，这类电池的能量密度为900wh／l，这意味着相较于传统锂离子电池，在既定（同等）体积下，新电池的容量已实现翻番。该研究小组预计，该类电池的能量密度为430wh／kg，从而将电动车的续航里程数提升至800公里。基于硫银锗矿基材的电池不会产生名为锂晶枝的针状结晶物，该类物质通常在锂电池充电时生成。

该团队表示，相较于当前的电池，该款固态锂电池更具备成本效益。不幸的是，研究人员表示，目前尚难以确定何时才能该款电池，也不确定应如何量产该款电池，这是电池类设备的通病。德克萨斯大学奥斯汀分校的电池专家Arumugam Manthiram指出，固态电池研发过程中的两大难题。

首先，固态（电极与电解质）面对面放置，将仅限制在电解质和电极间通过的接触点。相较之下，液态与固态间（电极与电解液）的接触点是连续的。有一种方式可以克服该难题，即采用一款聚合物电解质（polymer electrolyte），但材料的柔性需足够高，确保其表面能与固态电极。Manthiram博士评论道：“唉，我们尚未找到良好的聚合物材料。”

第二个问题在于制造。许多固态电解质是陶瓷材质的，非常容易碎，这导致在大批量生产时存在难题，但聚合物就能避免这类难题。然而，仍不得不面临前一个问题——聚合物的选材。

此外，这类锂离子电池技术领域内的新理念已经足够成熟，之前的既得利益者们将被迫出局。从液态电解质向固态电解质发展，这意味着需要建立一家造价高昂的新工厂。此外，研发更优质的液态电解质、采用可匹配的新款电极可能是朝着安全性更高、电量更大锂离子电池的最可靠的技术路线。

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