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[导读]加速向交通系统完全电气化的过渡需要创新来应对当今在里程、性能和安全方面的挑战。经过十年研究以提高固态电池的性能,Imec 宣布已投资新创建的衍生产品 SOLiTHOR。

加速向交通系统完全电气化的过渡需要创新来应对当今在里程、性能和安全方面的挑战。经过十年研究以提高固态电池的性能,Imec 宣布已投资新创建的衍生产品 SOLiTHOR。

传统的液态锂电池又被科学家们形象地称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。而锂离子就像优秀的运动员,在摇椅的两端来回奔跑,在锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池的充放电过程便完成了。

固态电池的原理与之相同,只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,同样的电量,固态电池体积将变得更小。不仅如此,固态电池中由于没有电解液,封存将会变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,不仅节约了成本,还能有效减轻重量。

优势一

轻——能量密度高。使用了全固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系也会发生改变,其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以明显减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。

优势二

薄——体积小。传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代(主要有有机和无机陶瓷材料两个体系),正负极之间的距离(传统上由隔膜电解液填充,现在由固态电解质填充)可以缩短到甚至只有几到十几个微米,这样电池的厚度就能大大地降低——因此全固态电池技术是电池小型化,薄膜化的必经之路。

优势三

柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料,在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的,材料会变得有柔性。相应的,全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高,通过使用适当的封装材料(不能是刚性的外壳),制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。

优势四

更安全。传统锂电池可能发生以下危险:(1) 在大电流下工作有可能出现锂枝晶,从而刺破隔膜导致短路破坏 (2)电解液为有机液体,在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。采用全固态电池技术,以上两点问题就可以直接得到解决。

总部位于比利时 Genk 的 SOLiTHOR 在 Imec.xpand 的种子轮投资中筹集了 1000 万欧元,参与方包括 LRM、Nuhma 和 FPIM。

Yole Développement电力电子与电池首席分析师Milan Rosina和电力电子与材料技术与市场分析师Shalu Agarwal解释说:“在固态电池中顾名思义,易燃液体电解质被固态电解质取代,从而提高了安全性并增强了电池特性。固态电池的开发旨在打造具有更高能量密度、快速充电能力、更低成本和更高安全性的下一代电池。”

展望未来,Yole 分析师表示,“固态电池被认为是下一代电池系统的终极电池技术。EV/HEV 制造商及其合作伙伴的密集开发工作将导致固态电池在 2025 年至 2030 年期间逐渐成为“优质”电池。经过进一步优化和规模化生产,固态电池将向其他应用领域扩展,但其高附加值仍将主要集中在电动汽车应用领域。”

SOLiTHOR 于 2021 年 9 月由 Huw Hampson-Jones 和 Fanny Bardé 从 Imec 分拆出来,自 2022 年初开始全面运营。与 Imec 的合作协议允许 SOLiTHOR 独自负责本安型固态硬盘的开发、制造和营销用于电动汽车市场的锂电池技术。

SOLiTHOR 还是欧洲能源研发创新中心 EnergyVille 的合作伙伴,该中心旨在开发技术和知识,以支持公共和私人利益相关者向节能、脱碳和可持续的城市环境过渡。EnergyVille 是比利时研究合作伙伴 KU Leuven、VITO、Imec 和 UHasselt 之间的合作。

SOLiTHOR 的创始人兼首席执行官 Huw Hampson-Jones 在一份声明中表示,SOLiTHOR 的技术基于 EnergyVille 实验室开发并获得 Imec 专利的纳米固体复合电解质和锂纳米阳极。“这项革命性技术将提高能量密度、充电速度,至关重要的是,提高安全性,并且比其他固态电池更容易制造。”

这家初创公司在其网站上声称,固体电解质和纳米阳极的结合将使车辆“每次充电的里程更长,续航里程超过 600 公里,充电速度更快但更安全”。


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