鋰離子電池已經無處不在，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，科學家們已經轉向固態(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之間界面的設計。鋰離子電池中的電解質通常是液體和高度易燃，構成安全隱患。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 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，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——只有在它已經在電極中就位時才轉化為固體。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最大的接觸，就像液體電解質一樣。

使用這種固體納米復合電解質與標準磷酸鐵鋰 (LFP) 陰極和鋰金屬陽極相結合，Imec 表示，它現在已經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線適用于 Imec 固體電解質的加工。

新電池的組裝可以通過對現有的鋰離子電池生產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。這些生產線可以生產容量高達 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。