来自汽车行业的电池开发专家,并迅速扩大启动公司在最近的电池和电气化峰会上同意(所示电池技术和SAE International)“破坏性”固态和其他电池设计准备好在今年年底前开始在电动车(EVS)和其他应用中发挥作用。采用固态技术正在进行,几位会议主持人通过加快使用新材料的创新 - 硅,主要用于阳极。和一些固态电池设计建议完全消除阳极。

SAE国际电池标准指导委员会主席、NAATBatt国际名誉主席兼首席技术官Bob Galyen在一场主题演讲中表示,对于汽车电动汽车应用而言,固态电池设计有几个有利的“成功因素”一个主要的问题是它们缺乏可燃的挥发性有机化合物,更不用说即使细胞外壳被穿透或切断,它们仍能保持功能。

但同样重要的是,Galyen强调,固态电池促进了新材料阳极的使用,这意味着石墨的大量减少或消除,而这反过来又将带来能量密度的显著提高。他说,电池阳极的新材料有望使电动汽车电池的能量密度超过每公斤350瓦时(Wh)。

Zalyen还提到了固态电池使双极配置(阳极和阴极活性材料共享相同电极载体)的可能性,这可能允许由于功率密度和能量密度的急剧增加而严重减轻重量,体积和充电时间。.双极设计还具有大大减少甚至消除复杂,重型和昂贵的电池热管理措施的潜力。

是固态技术的下一个主要电池工程干扰,它已收费并长据思想是什么?“我觉得是,”算法证实了,虽然他通过加入来锻炼思想,“我没有看到迄今为止用于固态电池的主要作用。”Cautioning that it was some 44 years between liquidous-electrolyte lithium-ion batteries’ first bench-testing in R&D in 1975 and their start of mass production for EVs in approximately 2010, he said solid-state technology will begin to “play a role sometime in the next seven to ten years.”

经验丰富的初创公司的专家们在峰会上普遍同意吉利的时间表估计。他们还会同意,替代材料对促进锂离子化学对固态的性能优势至关重要。

硅到最前沿

尽管在锂离子电池的早期量产阶段,石墨(碳)一直是业界最坚固的负极材料,但在峰会上发言的初创公司都在努力用性能更好的主要材料——即硅或锂金属——来增强负极。目前,硅只在一些锂离子电池的阳极中以很小的比例使用。

顶级电池单元制造商到2030年的投影。许多人可能会在推进批量生产的固态技术方面发挥关键作用。(通过Bob Galyen基准矿物智能)

StoreDot公司表示,该公司计划于今年对其专利硅阳极极快充电(XFC)液体电解质锂离子电池进行测试,并于2024年“通过传统认证的锂离子电池生产线”投产。今年5月,StoreDot宣布与中国伊芙能源有限公司(Eve Energy Co. Ltd.)达成框架协议,将生产XFC电池的工程样品,并包括创建一家合资企业进行大规模生产XFC电池的意向。

Quantumscape的固态电池单元在充电时形成锂金属阳极。(量子景观)。

StoreDot CEO and co-founder Doron Myersdorf said during his presentation that the XFC is the second generation of the company’s technology that focuses on a silicon-intensive anode design as a middle step toward a third-generation, silicon-based, solid-state battery (dubbed XED or Extreme Energy Density) sometime in the 2028 timeframe. He said the StoreDot XFC cell has an anode comprised of greater than 70% silicon, as opposed to most lithium-ion battery designs’ mostly graphite anode.

米尔斯多夫说,有了硅基阳极,一个硅原子可以俘获四个锂原子;相反,石墨阳极需要6个碳原子来容纳每个锂原子。XFC电池(以及后来的固态XED)产生的能量密度,旨在通过提供电池直流快速充电,以达到每分钟25英里(40公里)的续航里程,缓解消费者的电动汽车里程焦虑。

Meyersdorf表示,尽管“实验室中有一些令人兴奋的结果”,但他对任何设计的固态电池都不会对固态电池的影响重大影响。2028目标是当储存器投射其XED固态电池时,将准备好提供快速充电性能,公司认为对消费者接受EVS至关重要。

QuantumScape联合创始人兼首席技术官蒂莫西·霍尔姆(Timothy Holme)说,石墨阳极是当代锂离子电池诸多局限性的罪魁祸首。QuantumScape——今年早些时候宣布与美国大众集团合作,选择一个固态电池的位置建立一个合资pilot-manufacturing线到2022年底,希望“接近”的能量密度1000 Wh /升以其新颖的设计,是没有一个阳极制造。只有当电池充电时,才会形成纯锂金属阳极。

QuantumScape电池只有两个主要层——阴极和陶瓷固态分离器——体积明显更小,从而相应提高了其能量密度,并实现了15分钟的快速充电。Holme还表示,该电池在低至-30°C(-22°F)的温度下表现出了出色的低温性能,具有“显著的容量”。同样重要的是,河中沙洲说,尽管QuantumScape仍然是努力改善卷可制造性和增加层数的多层布局,他预计在2024年的某个时间商业化,几年前大多数开发人员愿意承诺固态技术的商业化预测。

Surya Moganty,CTO在初始能量下,强调了转向硅阳极材料的成本降低电位。Moganty said silicon has ten times graphite’s capacity to capture lithium atoms — and mixed with the company’s proprietary polymer for the anode (silicon comprises around 60% of the mass) as well as its advanced liquidous electrolyte, creates a pouch-type cell that is 35% cheaper and 27% lighter. If range is a priority, the cell’s high volumetric capacity can deliver 33% more driving range at a 12% lower cost.

SIONIC的细胞,型号表示,表明,对于高容量的21700形状锂离子电池,可以是更轻,更昂贵的更换 - 但其能量密度约为350WH / kg“延长了固态早期投影的性能。”Sionic data indicates an anode raw-material cost (per kilogram) less than half that of a 21700 cell and per-kWh anode material cost, nearly one-tenth that of the 21700 cell (Sionic’s electrolyte cost of a per-kWh basis is about 20% higher). The company is projecting its technology will enter the EV market in 2023.

没有阳极

对于量子景观和储存器,完全消除了阳极是用于从锂离子化学和固态架构获得最大的视觉。SenseTot的Myersdorf展示了该公司的研究,开发了其顶级XED固态单元,显示了保留了基于硅的阳极的“混合动力车”设计,而另一个XED设计可以是无阳极的。他说,开发路径也使得对于阴极和阳极具有特定的固态电解质。

虽然XED电池 - 混合或无阳极 - 无预期市场准备到2028年,但Myersdorf的介绍表明它将有利于大批量生产,同时剩余的EV应用成本竞争力。而且像量子景观一样,储存仪技术承诺对低温气候可行。“我们的细胞可以在整个温度范围内运行良好,”Quantumshape的Holme断言。

Holme承认,高批量可制造能力及其对最终成本的影响仍然是一个承认的重要研究和发展因素。目前,他说,量子景观正在描述过程和构建原型。2021年初,该公司宣布计划使用体积生产设备生产100,000至200,000个样品细胞。最终相设想每年以超过20 GWH的容量产生阳极的量子景观电池的批量生产。

Galyen认为,EV电池需求不会阻止那里。“我们从吉伐时代到Terawatt时代,”他断言。

本文由编辑主任比尔·维斯尼克撰写,汽车工程。联系账单此电子邮件地址正受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用JavaScript才能查看它。


电池技术杂志

本文首先出现在9月,2021年问题电池技术杂志。

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