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梦寐以求的固态技术

回首过去,创新一直以来是推动帅福得获得成功的动力。卡门·内切夫(Kamen Nechev)担任首席技术官已有十多年,他是帅福得众多创新引领者中的其中一员。 接下来,请他为我们详细介绍帅福得的创新方法,并讲解固态技术将如何塑造电池行业的未来。

帅福得首席技术官卡门·内切夫(Kamen Nechev)帅福得如何进行创新?

我们的创新活动主要分为两大类。在未来大约两至五年内的近期和中期,我们将重点关注包括新化学物质在内的产品研发,例如钛酸锂(Lithium Titanate Oxide, LTO),它可以延长锂离子电池的循环寿命和提高快速充电能力。同时,我们也正在研究整个电池系统,开发先进的模型、算法和相关的控制电子设备,进一步发挥新化学物质的最大作用。

展望未来五至八年及之后,我们亦会开发新的电池技术,这对我们的长远未来至关重要。而最令人兴奋的也许是我们在固态电池方面的工作。

为什么帅福得对研发固态电池情有独钟?

无论是镍镉、铅酸或锂离子电池,目前市面上任何一种可充电电池都依赖于两个电极通过液体电解液交换离子而发挥作用。这种方式的效果非常理想,可惜也有一个缺点。由于部分液体电解质具有易燃性,如果锂离子电池遭受任何滥用或损坏,可能会导致电解质和电极过热。因此,我们在设计和制造锂离子电池时格外注意,降低发生火灾的风险。

虽然用固体电解质代替液体电解质可以提高锂离子电池的安全性,但事情并非如此简单,因为固体电解质的离子传导能力要差得多。因此,这个概念直到最近才兴起。目前新一代的固体电解质已经可以满足我们对导电能力的需求。

固态设计还有第二个好处,我们能够使用梦寐以求的‘金属锂( metallic lithium)’来设计锂离子电池。

固态电池在八到十年左右的时间内将变成一项成熟的技术,并将成为电动汽车和储能应用的理想选择。

卡门·内切夫(Kamen Nechev) 帅福得首席技术官

固态电池技术使用金属锂设计电池有何区别?

直接使用金属锂来代替承载锂离子的碳电极,理论上可以使锂离子电池的容量翻倍,因为锂本身的容量是碳电极的10倍以上。我们可以从相同尺寸的电池中获得更高的性能,甚至从更小更轻的电池中获得同等的性能。然而,如果将金属锂放入液体电解质中,我们将面临两大技术挑战。

首先,在使用金属锂之前需要先进行‘钝化’,即在其表面形成一层极薄的表面氧化层,这层氧化层被称为固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interface,SEI膜),可以使金属锂在电解质中保持化学稳定性。每进行一次充放电循环,金属锂都会重新生成一层SEI膜,这个过程会消耗部分锂离子并且将电池容量降低约1%。因此,在少于100次充放电循环后,电池就报废了。

其次,我们需要避免金属电极在充放电循环过程中产生微小晶须(枝晶),因为枝晶生长到一定的程度便会导致电池内部短路和热失控。

当我们使用固体电解质时,情况会有所改善,因为它能保护金属锂并限制枝晶的生长。这种具有优良能量密度的电池安全性强,较低的自放电性,可以进行高效循环和延长高温下的使用寿命。

帅福得在固态电池的竞赛中处于什么地位? 

帅福得在研究固态电池的前五 名企业中处于有利位置,这归功于我 们的母公司道达尔将创新投资视为其 长期愿景的核心。固态技术也是欧洲 电池联盟的一个核心要素,在该联盟 中,我们与Manz、西门子、索尔维 集团和优美科等其他工业巨头携手合 作。我们还建立了一个优秀的全球学 术和工业合作伙伴网络,并投资了美 国固态电解质领域的引领者Ionic Materials 公司。

固态电池将在哪些领域投入商业应用?

未来三到四年内,固态电池将在国防、太空和航空等专业小批量应用领域中,得到早期用户的青睐。而从现在开始的四到五年后,这项技术将在手机和平板电脑等大批量应用中投入使用。

固态电池将在八到十年左右的时间内变成一项成熟的技术。凭借其成本低、能量密度高/重量轻和使用寿命长的特点,届时固态电池将成为电动汽车和储能应用的理想选择。

值得一提的是,袋式电池非常适合采用固态技术,这为我们摆脱传统的电池/模块/系统格式提供了灵活性。我们或许可以将电池制造成一个独立的装置,使其成为汽车或飞机上一个不可分割的部件。

固态电池有多重要?

迄今为止,固态电池开发进展良好,如果继续按目前发展,那么将逐步产生重大转变。终有一天,除了特殊的大功率应用以外,固态电池将取代任何锂离子电池。

 

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