前两天被“凝聚态电池(Condensed battery)”刷屏,据介绍新电池的能量密度为500Wh/kg,明显高于目前使用的锂离子电池的300Wh/kg。

那么到底什么是“凝聚态电池”呢?

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根据路透社报道,宁德时代首席科学家吴凯在上海告诉记者,新电池是一种半固态产品,具有“凝聚态电解质”和新的阳极及隔膜材料。所以,“凝聚态电池”实际上指的就是电解质的形态。

根据吴凯介绍,凝聚态电池的凝聚态电解质产生微米级自适应网络结构,可以调节链之间产生的相互作用力。这提高了电池的导电性能和锂离子传输的效率,同时提高了微观结构的稳定性。宁德时代认为这是一项重大成就,推动了锂离子电池发展的界限,比如可以用于电动飞机。

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那我们就直接关注一下“微米级自适应网络结构凝聚态电解质”这个话题。

通过检索“Self-adaptive newtork condensed lithium battery eletrolyte”,我很快就搜索到了2022年8月发表在《Nature》上的这篇技术上非常类似的文章《高能量固态锂电池的弹性体电解质》。

这篇文章最令人感兴趣的指标和数据:

1,使用独特的弹性体电解质,同时使用LiNi0.83Mn0.06Co0.11O2为正极,获得的电池能量密度高达410Wh/kg

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2,这种弹性体电解质,采用的是自组织形成的3D结构,完全可以称得上是,“3D仿生结构”。这种“仿生结构”在化学上是通过聚合反应相分离完成的。

正是这种弹性聚合体网络,赋予了高的离子导电率和应对充放电过程产生的应力的“自适应性”。

3,这种弹性体电解质可以做到很薄,例如以35μm厚的锂阳极、25μm厚的内置弹性体电解质做成的全电池,从而获得高能量密度。

当然,我们不能武断认为宁德时代就是采用了这个技术,不过这篇文章的“弹性体电解质”包括了宁德时代介绍的所有核心概念:凝聚体、自适应、微米级、3D网络、仿生结构。因此,它展示了“凝聚态电解质”概念的可行性!

我尝试去搜索一下这个工作的专利--通常情况,专利先于文章发表。在上述论文作者的另一篇论文里,指出这项技术已经提交美国临时专利申请(63/209140)。我还没有看到这篇专利申请文件,估计还没有正式公开。根据《Nature》论文投稿时间推断,估计不久就可以看到专利申请文件了,届时我们可以再详细分析。

参考资料

宁德时代推出能量密度为 500-WH/kg 的“浓缩电池” - 自动进化 (autoevolution.com):https://www.autoevolution.com/news/catl-unveils-condensed-battery-with-an-energy-density-of-500-wh-kg-213684.html

宁德时代推出用于电动飞机和电动汽车的浓缩电池 - CnEVPost:https://cnevpost.com/2023/04/19/catl-unveils-condensed-battery/

Elastomeric electrolytes for high-energy solid-state lithium batteries:https://www.nature.com/articles/s41586-021-04209-4#citeas

Role of Bicontinuous Structure in Elastomeric Electrolytes for High‐Energy Solid‐State Lithium‐Metal Batteries - Han - 2023 - Advanced Materials - Wiley Online Library:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202205194