▍隔膜的挑战
目前,锂离子电池使用的电解质,要么是液体,要么是糊状。这使得电池效率较低,因为锂离子不能像在固体材料中那样自由移动。汽车制造商和电池公司正花费数十亿美元,用固态电解质代替液体电解液和隔膜。
我们的目标是,制造一种更轻、更安全、更冷却、能量密度更高的电池。
一个电动汽车电池包包含数千个小电池。这些小电池看起来像普通手电筒电池,连接在一起。
一个锂离子电池有四个部分。
一是正极,也叫阴极,决定电池的容量和电压。
二是负极,也叫阳极,储存和释放锂离子到阴极,让电流流过一个外部电路。
三是电解质,使锂离子在阳极和阴极之间移动。
四是隔膜,把阳极和阴极分开的物理屏障。
液态锂离子电池如何工作?
放电:锂离子从阳极流过电解质进入阴极,并穿过隔膜。
充电:锂离子离开阴极,通过液体电解质进入阳极。
缺点:充电时间慢,热量高,能量密度受限。
固态锂离子电池:用陶瓷、聚合物或硫化物材料制成的固体电解质代替液体电解质。
其优势包括:充电更快、降低火灾风险、增加能量密度、更长寿命、降低制造成本。
来自丰田汽车、通用汽车、大众汽车集团和其他汽车制造商,以及大多数主要电池供应商的电池工程师和化学家,都在致力于开发一种坚固到足以在汽车上使用的隔膜。
挑战有三:其一,陶瓷隔膜会破裂。其二,固态电池也可以形成锂枝晶,有可能导致电池短路。其三,为固态电池开发大容量制造系统。
由于固态电池能量密度更高,汽车制造商可以在不牺牲续航里程或性能的情况下使用更少的电池,因此,它们有潜力极大地减轻车辆重量。而且,由于其耐低温,不易着火,相应的电池冷却系统可以变得不那么复杂。