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根据QuantumScape,制造固态电池的主要障碍是开发合适的固态电解质。Gatech(乔治亚理工学院)的一项研究提出不同意:达到该目标的主要障碍是成本。这就是为什么该研究认为找到了一种在低熔点陶瓷电解质的帮助下使其在商业上可行的方法的原因。

Glen Yushin是开发新策略的团队的一部分。他们开发的方法不是使用液体电解质,而是使用这种熔融的陶瓷电解质。当其冷却时将拥有与当前锂离子电池几乎相同的制造工艺的固态电池。公司可以使用这种方法来制造圆柱形固态电池。

Yushin强调固态电解质不是他研究的最重要部分。

“拥有'正确的'固体电解质是不够的。为了在性能和价格上与传统锂离子电池保持竞争力,全固态电池需要提供(i)较低的阴极电荷转移电阻,(ii)阴极中固体电解质的最小质量和体积分数,(iii )快速廉价的生产(无需在惰性环境中进行冗长的高温/高压处理),以及(iv)高生产良率。这些不是“规模庞大的工程师可以轻松完成”的“琐碎”任务。这些固态电池是相当大的,基本的问题,大多数公司,大学和国家实验室都忽略了这些问题。”

这就是为什么Yushin认为低熔点陶瓷电解质可能是商业上可行的固态电池的答案。然而,他非常清楚地表明,他并不专注于最好的细胞,而是专注于他和他的团队开发的生产这些细胞的方法。

“我们没有报告新的陶瓷电解质。我们提出了一种使用常规千兆工厂制造固态电池的新制造路线,并演示了两种低熔点陶瓷电解质的应用-一种基于轻质卤化锂,另一种基于“超轻质” (比液体电解质轻)的硼氢化锂。”

Yushin对重量的担忧来自于石榴石和硫化物的使用。 Solid Power在其单元中使用后者。 QuantumScape没有透露其陶瓷电解质的成分。

“大多数公司都使用两种类型的固态电解质之一-石榴石(基于氧化物)或硫化物。两者都可以在一定程度上与锂金属一起使用(如果在没有针孔的情况下进行了非常仔细的处理,并且理想的是在玻璃态下没有晶界,这可能会在循环过程中引发锂的渗透和固体电解质的破裂)。两者均具有相对较高的电导率。但是,由于不同的原因,两者都不切实际(以我的拙见)。石榴石非常重(比传统的液体电解质重五倍),并且在低温下难以加工。它不能用于全固态电池(只能与阴极中的液体电解质结合使用)。硫化物有毒,反应性强,与现有工厂不兼容。”

低熔点陶瓷电解质Yushin和他的团队正在测试避免同时使用这两种元素。根据研究人员的说法,这就是为什么它们看起来如此有前途的原因。

“未来还有更多的电解质正在研究中。对于3月8日在《自然材料》上报道的概念验证演示,我们展示了第一个电解质大约100个循环,第二个电解质大约1,000个循环。关键的突破不是电解质的性能,而是将“正确的”固体电解质“滴入”传统制造过程的能力,该过程可以快速生产,并且电解质的体积分数与液体电池的体积分数相当。”

从生产的角度来看,具有这样的优势,研究人员此时不希望既专注于电解质本身,也不关注其他电池组件。

“电池的能量密度取决于电池的尺寸(电池越大,边缘效应和封装分数越小),所用活性材料(正极和负极),电解质密度以及电极和电池内的体积分数。我们报道的电池生产工艺与广泛的常规电极(插入型NCM正极,石墨负极等)和下一代转换型电极(例如,S型负极和氢硼化锂电解液中的锂金属正极)兼容。 这些电池以纽扣电池配置进行测试,包装占重量和体积的90%。负载,金属箔,密度等也没有优化,所以我不确定讨论能量密度是否有意义。 但是我可以说,由于固态电解质的体积分数要小得多并且重量要轻得多,因此在准备就绪阶段的能量密度将比任何其他具有相同正极/负极化学性质的固态电池更高。 ”

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