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。

Bob Galyen, chairman of SAE International’s Battery Standards Steering Committee and NAATBatt International Chairman Emeritus and CTO, said in a keynote presentation that for automotive EV applications, solid-state battery designs have several “success factors” in their favor — a chief one being their lack of combustible volatile organic compounds, not to mention their ability to remain functioning if the cell casing is penetrated or cut.

但也许同样重要,Galyen强调,固态电池便于意味着大量减少或消除的石墨,而这又是预计将提供能量密度的显着改善阳极使用新材料。他说,对于电池阳极新材料有望让电动汽车动力电池的能量密度超过350瓦时(Wh)每公斤。

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

Although graphite (carbon) has served as the industry’s stalwart anode material during lithium-ion batteries’ early volume-production phases, the startup companies speaking at the summit all are working to enhance the anode with a better-performing primary material — i.e. silicon or lithium metal. Silicon is used only in small ratios in the anode of some current lithium-ion battery chemistries.

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打算具有其专利硅显性阳极极端快速充电(XFC)液相线电解质锂离子电池准备今年测试并进入生产的“通过在2024认证的传统的锂离子电池的制造线,”公司说。而StoreDot今年5月宣布,它已与中国的前夕能源股份有限公司的框架协议,生产的XFC电池的工程样品​​并覆盖意图创造批量生产XFC的风险。

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.

与基于硅的阳极,所述Myersdorf,单个硅原子可以捕获四个锂原子;相反地​​,基于石墨的阳极需要六个碳原子以保持各锂原子。从XFC电池所产生的能量密度 - 和后,固态XED - 通过提供一种用于电池的DC快速充电,可提供高达每分钟范围25英里(40公里)旨在减轻消费者的EV范围焦虑。

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。

蒂莫西·霍姆,共同创始人和首席技术官QuantumScape说,石墨阳极是许多当代锂离子电池的局限性。QuantumScape - 今年早些时候宣布,它与美国的大众汽车集团合作,选择一个位置,以建立由2022年底的固态电池合资试生产线 - 为希望的能量密度“接近”1000瓦时/升其新颖的设计,其不经阳极制造。只有当电池充电确实的纯锂金属形成阳极。

仅使用两个主要层 - 阴极和陶瓷固态分离器 - 的QuantumScape细胞的显著更小的体积提供它的能量密度以及15分钟的相应的增强快速充电。Holme的同时表示所述细胞已经证明用“显著容量”可在温度低至-30℃(-22°F)出色的低温性能。同样重要的是,霍姆说,虽然QuantumScape仍然正在努力提高容积可制造性和增加多层布局的层数,他预计商业化的某个时候在2024年的固态技术大多数开发人员几年前都愿意致力于商业化预测。

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.

无阳极的所有

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。

这篇文章的作者是比尔Visnic,编辑部主任,汽车工程。联系账单此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。


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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