24M推出新型锂金属电池电解液,能量密度达665Wh/L!

放大  缩小 日期:2024-02-26     来源:DT新材料    评论:0      
核心提示:近日,由电池领域国际知名的科学家、美国国家工程院院士、麻省理工学院蒋业明教授创立的电池企业24M Technologies,宣布推出一种新型锂金属电池电解液Eternalyte 产品,可提高电池寿命和充电速度,与公司电极到电池
 近日,由电池领域国际知名的科学家、美国国家工程院院士、麻省理工学院蒋业明教授创立的电池企业 24M Technologies,宣布推出一种新型锂金属电池电解液Eternalyte 产品,可提高电池寿命和充电速度,与公司 “电极到电池组”Electrode-to-Pack电池系统和 Impervio(电池隔膜)技术相结合,可为电动汽车提供经济高效的电池组,每次充电可行驶1600多公里。
 
迄今为止,固态电解质(SSE)技术一直是锂金属电池商业化的首选。然而,锂或其他金属枝晶引起的安全问题以及循环寿命短且不稳定的问题,继续限制着锂金属电池(包括使用基于SSE技术的电池)的商业可行性。此外,SSE的可扩展性、成本、易碎性以及循环过程中电阻的变化也是亟待解决的问题。
 
24M公司称其独特的液态电解质 Eternalyte™与 Impervio™的结合,能以低成本防止所有金属枝晶的产生,并实现出色的循环寿命,同时保持正极活性材料的低电阻,即使在快速充电条件下,Eternalyte™也能实现出色的循环寿命,为新的锂金属解决方案铺平了道路。
 
早期测试结果表明,Eternalyte™可大幅提高锂金属电池的循环寿命和倍率能力。
 
无与伦比的循环稳定性: 对于以1C放电/1C充电循环的锂金属电池,24M Eternalyte™ 可使电池在500+次循环中保持83%的容量,总续航里程约为 500000+ 英里,每次充电可行驶1000英里。
 
倍率性能显著提高: 锂-锂电池的测试结果表明,在4C连续循环的情况下,相当于3000多次循环,而不会出现短路或电阻增加的情况。24M认为,在20mA/cm2沉积/剥离电流下,Eternalyte™实现了液态电解质系统中最高的循环稳定性。(更多信息,请参见下图)。
 
早前,关于24M制半固态电池造工艺和电池设计的核心在于以下几点内容,报道如下:
1.电极及电池制造工艺
相较于传统电池的15步关键工序,24M公司的电池制备工序可以减少到5步,从制造的角度来看,一方面减少了例如溶剂等材料的应用,另一方面制造设备、场地及制造过程的成本也会大大降低。

2. 厚电极结构
相较于传统电极,24M电极电极更厚(300-500μm),电极面容量可以做到6-12mAh/cm2(今年报告中的数据,2020年时公司宣称的是7-14 mAh/cm2),如此厚的电极必然要求电极的曲折度非常低,而且电极具有较好的柔韧度。

按照蒋教授文章的介绍,电极浆料是直接将电极活性物质和导电剂直接分散在电解液中制得的,而专利(US9831519)则有电极更为详细的介绍。基于此电极设计似乎做出单层扣式电池使用也是不错的选择。由于电极设计的作用,相较于传统电极设计,24M公司电池的BOM成本能降低25-40%。

3.电池数据
24M前期释放了两个不同体系的电池数据,三元(高镍)/石墨体系主要面对车用领域,而磷酸铁锂/石墨则是可以同时满足车用领域和储能领域。

1) 高镍811/石墨Gr体系电池
高镍/石墨体系电池设计容量52Ah,电极面容量可以达到9.7mAh/cm2,电池提供了两种循环表现,常规循环制度充电是C/4,放电是C/3,这么小的倍率条件应该是受高面容量电极的限制,电池目前跑了900周容量保持率约85%,寿命超过1000次基本没有问题;另一是按照USABC中的DST工况循环,1000次工况循环的容量保持率和常规循环制度基本相当。

同时,电池也进行了几项安全测试,包括过充、内短路、外短路、过放、挤压、热箱和ARC,测试方法也比一般的标准更为严苛,其中内短路并不是常见的贯穿针刺,从方法描述看应该是0.1mm浅刺,但是放大看图片,这个“pin”是一圈针所组成的。

2) 磷酸铁锂/石墨体系电池
报告提供了软包和方形两款电池的铁锂电池设计,电极面容量分别达到9和8mAh/cm2,因此电池充放电循环制度也都是采用小倍率的C/4充和C/4放,2014年的软包电池额定5.5Ah,目前电池循环至大约8000周,预计10000周电池容量保持率75%;2018年的方形电池额定容量110Ah,可能由于面容量稍低,且后期有可能做了一定改善,其循环性能也更好,预计电池循环13000周容量保持率能达到75%。

24M的半固态电池和传统我们理解的“半固态”存在明显的差异,其对电池的安全并未见显著的改善,但是,其高面容量的设计,以及电极电池的工艺却是颠覆性的。
 
 
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