美韩合作研发全硅高能量密度固态电池 可用于电动汽车、电网存储

据国外媒体报道，加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师和韩国LG Energy Solution的研究人员通过将两种电池细分为有前途的组件，创造了一种新型电池。电池同时采用固体电解质和全硅阳极，成为全固体硅电池。前几轮测试结果显示，这种电池非常安全、耐用、耗能，有望在电网储能、电动汽车等广泛应用中发挥作用。

全硅固态电池(来源:加州大学圣地亚哥分校)

硅阳极以其能量密度而闻名，是当今商用锂离子电池常用的石墨阳极的10倍。另一方面，硅阳极因其在电池充电和放电时的碰撞和收缩方式以及在液体电解质中的降解方式而臭名昭著。虽然它的能量密度很高，很有吸引力，但上述挑战是全硅阳极不能用于商用锂离子电池。但由于研究人员这次使用了正确的电解液，为全硅阳极提供了一条有前途的道路。

高能量密度的新一代固态电池一直使用锂作为阳极，这限制了电池的充电速率和对电池充电时温度升高(通常为60摄氏度或更高)的需求。然而，硅阳极克服了这些限制，并且可以在室温至低温下实现更快的充电速率，同时保持高能量密度。

该团队展示了一种实验室电池，可以在室温下充放电500次，同时仍保持80%的容量。

硅阳极取代石墨阳极

当然，硅阳极并不新鲜。几十年来，科学家和电池制造商一直在使用硅作为能源密集型材料来混合或完全取代锂离子电池中的传统石墨阳极。理论上，硅的存储容量是石墨的10倍左右。但实际上，如果在锂离子电池的正极中加入硅来增加能量密度，通常会遇到实际的性能问题。特别是，电池在保持其性能的同时，充电和放电的次数可能不够。

大多数问题是由硅阳极和液体电解质之间的相互作用引起的。因为硅颗粒在电池充放电过程中体积会大幅度膨胀，所以情况会更加复杂。而且随着时间的推移，会导致严重的容量损失。

因此，加州大学圣地亚哥分校的团队采取了不同的方法来去除全硅阳极中使用的碳和粘合剂。此外，研究人员使用了微米硅，这种硅需要更少的加工，比纳米硅更便宜。

全固态解决方案

除了移除阳极上的所有碳和粘合剂，该团队还移除了液体电解质。相反，他们使用基于硫化物的固体电解质。实验结果还表明，这种固体电解质在全硅阳极电池中非常稳定。

过去，研究人员主要集中在硅-石墨复合材料或纳米结构颗粒与聚合物结合来实现商用硅合金阳极，但仍然遇到不稳定的条件。

通过用固体电解质代替液体电解质，并去除硅阳极的碳和粘合剂，研究人员避免了电池工作时阳极浸泡在有机液体电解质中所带来的一系列相关挑战。同时，通过去除阳极中的碳，团队显著减少了与固体电解质的界面接触(和不必要的副作用)，避免了通常在液体电解质中发生的持续容量损失。

这种两步技术使研究人员能够充分利用硅的低成本、高能量和环保特性。目前，初创公司UNIGRID Battery已经获得了制造全硅固态电池技术的许可。据国外媒体报道，加州大学圣地亚哥分校的纳米工程师和韩国LG Energy Solution的研究人员通过将两种电池细分为有前途的组件，创造了一种新型电池。电池同时采用固体电解质和全硅阳极，成为全固体硅电池。在前几轮测试结果中，显示这种电池非常安全、耐用……d能源密集型，有望在电网储能、电动汽车等广泛应用中发挥作用。

全硅固态电池(来源:加州大学圣地亚哥分校)

硅阳极以其能量密度而闻名，是当今商用锂离子电池常用的石墨阳极的10倍。另一方面，硅阳极因其在电池充电和放电时的碰撞和收缩方式以及在液体电解质中的降解方式而臭名昭著。虽然它的能量密度很高，很有吸引力，但上述挑战是全硅阳极不能用于商用锂离子电池。但由于研究人员这次使用了正确的电解液，为全硅阳极提供了一条有前途的道路。

高能量密度的新一代固态电池一直使用锂作为阳极，这限制了电池的充电速率和对电池充电时温度升高(通常为60摄氏度或更高)的需求。然而，硅阳极克服了这些限制，并且可以在室温至低温下实现更快的充电速率，同时保持高能量密度。

该团队展示了一种实验室电池，可以在室温下充放电500次，同时仍保持80%的容量。

硅阳极取代石墨阳极

当然，硅阳极并不新鲜。几十年来，科学家和电池制造商一直在使用硅作为能源密集型材料来混合或完全取代锂离子电池中的传统石墨阳极。理论上，硅的存储容量是石墨的10倍左右。但实际上，如果在锂离子电池的正极中加入硅来增加能量密度，通常会遇到实际的性能问题。特别是，电池在保持其性能的同时，充电和放电的次数可能不够。

大多数问题是由硅阳极和液体电解质之间的相互作用引起的。因为硅颗粒在电池充放电过程中体积会大幅度膨胀，所以情况会更加复杂。而且随着时间的推移，会导致严重的容量损失。

因此，加州大学圣地亚哥分校的团队采取了不同的方法来去除全硅阳极中使用的碳和粘合剂。此外，研究人员使用了微米硅，这种硅需要更少的加工，比纳米硅更便宜。

全固态解决方案

除了移除阳极上的所有碳和粘合剂，该团队还移除了液体电解质。相反，他们使用基于硫化物的固体电解质。实验结果还表明，这种固体电解质在全硅阳极电池中非常稳定。

过去，研究人员主要集中在硅-石墨复合材料或纳米结构颗粒与聚合物结合来实现商用硅合金阳极，但仍然遇到不稳定的条件。

通过用固体电解质代替液体电解质，并去除硅阳极的碳和粘合剂，研究人员避免了电池工作时阳极浸泡在有机液体电解质中所带来的一系列相关挑战。同时，通过去除阳极中的碳，团队显著减少了与固体电解质的界面接触(和不必要的副作用)，避免了通常在液体电解质中发生的持续容量损失。

这种两步技术使研究人员能够充分利用硅的低成本、高能量和环保特性。目前，初创公司UNIGRID Battery已经获得了制造全硅固态电池技术的许可。

标签：

汽车资讯热门资讯