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锂电池研究领域中的一些新化学配方

北极星储能网  来源:Astroys  作者:Astroys  2020/2/21 8:42:43  我要投稿  

北极星储能网讯:目前,一些研究机构和企业仍旧在锂电池内尝试着不同的化学配方。

(来源:微信公众号“Astroys” ID:Astroys 作者:Astroys)

空气电池

MIT的一个研究小组声称,通过在铝电极和电解质之间引入防油层,解决了铝空气电池腐蚀的问题。使用电池后,油膜将被抽走并用电解质代替。

其他防止腐蚀的方法一般都要以牺牲性能为代价,包括使用化学腐蚀性较小的不同电解质。在储存过程中将电解液抽出并在使用前重新注入会导致严重腐蚀,并可能堵塞电池组中的泵送系统。在铝空气电池中,即使在电解液从包装中抽出后,铝也会将水吸引到系统中,并且一些电解液会粘在铝电极表面上,从而继续腐蚀。

油膜可以防止水对电极的腐蚀,但在使用时也可以迅速更换,因为铝在浸入水中后很容易防油。MIT的这项补救措施使能量损耗每月仅为0.02%,提高了1000倍以上,并且概念电池在反复使用后放置一到两天可以使用24天,超过了只能持续3天的其他铝空气电池。

氟化物电解质

本田美国研究所的一个研究小组发现,氟化物技术可以提高电池的性能。氟的低原子量理论上可以使能量密度比锂高十倍。但氟化物电池(FIB)技术只能在150°C以上的温度下运行。该团队与加州理工学院和NASA喷气推进实验室的研究人员合作,通过使用具有高离子电导率和在室温下较宽的工作电压的化学稳定的液态氟化物导电电解质,来克服这一问题。该电解质使用溶解在有机氟化醚溶剂中的干燥的四烷基氟化铵盐,并与具有铜、镧和氟核壳纳米结构的复合正极配对,在室温下显示出可逆的电化学循环。

来自本田研究院、加州理工学院和NASA喷气推进实验室的研究人员已经开发出一种氟离子电池。本田研究所首席科学家Christopher Brooks博士说:“氟化物离子电池提供了一种有希望的新型电池化学,其能量密度比目前可用的锂电池高出十倍。与锂电池不同,FIB不会因过热而构成安全风险,并且获得FIB的原材料比提取锂和钴的过程对环境的影响要小得多。”

LNMO正极

丹麦材料开发商HaldorTopsøe正在推进在下一代电池中使用LNMO(锂镍锰氧化物)正极材料。据称,LNMO技术可以实现与NCM电池相似的性能水平,但是成本降低了10-15%,因为它们不使用昂贵的钴,并且使用的镍更少。但LMNO的高电压会降低现有电解质的质量并缩短循环寿命。一旦开发出一种电解质克服高电压下的降解,那么这个概念便会在市场上引起关注。

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LMNO正极中的三维结构增强了锂离子的流动,使充放电速度更快,这特别有助于PHEV,提高了电池能量密度。与其他正极类型的电池(3.7V)相比,LMNO电池的电压(4.7V)高25%,这可以减少PHEV的电池数量(和成本)。该电池概念也针对无线电动工具应用领域。

镁负极

镁负极具有提高能量密度的潜力,在发生火灾时更安全,并且比锂电池更具成本效益。这项发现是在一项涉及多个欧洲科研机构的650万欧元项目之后进行的,其中包括卡尔斯鲁厄技术学院(KIT),乌尔姆大学(德国)和德国航空航天中心DLR。

硅负极

Wildcat Discovery Technologies已为使用非碳酸盐、基于磺酸盐的电解质申请专利,该电解质可增强带有硅负极锂电池的性能。硅负极的使用可以增加电芯的能量密度。但碳酸盐电解质会分解并在负极上方形成不稳定的SEI层,这会大大降低能量容量和循环寿命。使用非碳酸盐电解质可以扭转这种情况。

芝加哥的材料开发商SiNode Systems和东京的专业化学品制造商JNC宣布成立了一家名为NanoGraf的合资企业。新公司旨在将其经济高效的生产工艺及其石墨烯包装技术商业化,以支持电动车电池的生产。JNC的CEO Yasuyuki Gotoh表示:“我们期待NanoGraf成长为全球领先的硅负极材料供应商。”

Enevate获得了LG化学、雷诺-日产-三菱、三星和其他公司的资金支持,以加速其HD-Energy技术的开发,该技术可在锂电池中推进快速充电性能,5分钟即可充满50%电量,15分钟内充至90%。该技术在负极使用的硅含量高达70%,而特斯拉Model 3中2170电池使用的硅含量是10%。

此外,澳大利亚锂业也即将供应新的硅负极材料。

荷兰材料专业公司RGS发布了一种新型负极材料,该材料可以将负极容量提高多达50%,并提高硅含量,而不会遭受通常会发生的过度膨胀和收缩。E-magy材料是一种纳米多孔硅材料,旨在在循环过程中吸收锂离子,但不会引起负极膨胀。它还增加了硅的含量,从而提高了电芯的能量密度。E-magy可以使用RGS的专利快速铸造技术生产,并以粉末形式提供。该公司计划将产能从50吨增加到可以满足以年产1GWh锂电池的水平。

SILA Nanotechnologies从戴姆勒获得了1.7亿美元的投资。Sila Nano是一家开发电芯硅负极的公司,该公司有望将能量密度(和电动车的行驶里程)提高10-15%。自2023年起,它已赢得宝马的订单,该电池技术已在宝马的EV和PHEV中得到使用。而宝马和戴姆勒也已经在联手开发用于紧凑车型的电池平台。

GS Yuasa发现,在最佳粒径和电极结构的情况下,可以在负极添加三倍的硅,而不会因膨胀和收缩而损坏电极。该公司计划在2025年左右开发固态电池的硅负极。


原标题:锂电池研究领域中的一些新化学配方

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