多年来,专家们一直将固态电池视为下一代电动汽车的理想电池技术。这种电池用固体电解质代替易燃液体电解质,比现在的锂离子电池更安全。而且固态电池用锂金属阴极代替石墨阴极,所以寿命更长,重量更轻,可以达到10倍的能量密度。现在,福特,现代,日产,丰田和大众等公司已经投资了固态电池。
据国外媒体报道,离子存储系统公司已经推出了固体和致密的陶瓷电解质。这种电解液只有10微米厚,和目前锂离子电池用的塑料隔膜一样;能像现在的液体电解质一样传导锂离子。
该公司首席执行官埃里克瓦希斯曼(Eric Wachsman)表示,它已经克服了固态电池的两个关键问题:高电解质电阻和低载流能力。这种电解液分为三层,中间层是薄而致密的氧化锂陶瓷(化学式:Li7La3Zr2O12),两侧是略厚的多孔陶瓷层。多孔陶瓷层上的超薄氧化铝涂层有助于进一步降低电阻。致密的中间层可以增加强度,防止陶瓷破碎;而且可以防止锂枝晶的产生,使电池更加安全。此外,多孔氧化铝涂层允许锂离子快速进入电解液。目前,锂离子电池中产生的锂枝晶会刺穿薄的塑料隔板,造成短路风险。Wachsman说:“独特的结构和界面处理有利于降低阻力。
高电阻一直是固态电池的一个问题。“因为锂离子在电极和电解液之间平稳传输,电池的电流密度高达10mA/Cm2。此外,电池可以快速充电,而不会出现“树突”,大约需要5到10分钟。对于固体电解质,这是前所未有的。“此外,原电池的能量密度约为300Wh/kg。目前,商用锂离子电池的最大能量密度为250wh /kg。瓦希斯曼和马里兰大学能源创新研究所的研究人员使用传统的陶瓷制造技术——流延法来构建电解质结构,并在高温下烧结。研究小组选择氧化物基陶瓷而不是硫化物基陶瓷或玻璃和塑料电解质的原因是氧化物在最大电压范围内工作良好,并且与锂金属负极和各种正极兼容。
目前,该公司正在其试点生产线上生产原型电池,现在有几个客户有兴趣合作。瓦希斯曼说,如果进行大规模的商业生产,电池的成本可以满足能源部, 美国100美元/千瓦时的要求