单体能量密度远超特斯拉,详解24M的双电解液动力锂离子电池技术

2021-08-11      1294 次浏览

在特斯拉紧锣密鼓组建超级电池厂之时,由华裔科学家蒋业明创办,隐身4年的半固态电池公司24M高调出山,4轮融资总计超7000万美元(约4.9亿人民币),其加工的锂离子电池单体能量密度达到了350Wh/kg。


本文整理外媒报道,具体拆解24M的双电解液动力锂离子电池技术。


一、全新双电解液锂离子电池近日,美国24M公司宣称:今年四月28号,在佛罗里达州举办的国际电池研究展览会上,他们将向公众展示一种全新的、高性能低成本的“双电解液锂离子电池”。


为了解双电解液电池的优势,我们不妨先看看传统电池。


一般的电池,仅有一种电解液在两极间发生化学反应,反应生成的阴阳离子在电解液中流动以平衡两边电势差。然而,在反应过程中,两电极处会集中越来越多的阳/阴离子,形成极高的反压差,阻止反应持续进行,这个问题被称为极化反应。


▲阴阳极区各自有不同的电解液


而这种新型电池,阴极区和阳极区各有一种电解液,各自参与反应,两种液体由一种非渗透电池隔膜隔开,两边液体不互通,电势差由外部盐桥离子的流动来平衡,而电子通过外部电路形成电流。这样,阴阳离子并不会在电极处大量集中,从而有效地戒备了极化反应。因此,这种双液电池的放电继续时间更长,副反应更少,整体电能效率更高。


基于双电解液技术,24M公司的锂离子电池单体能量密度达到了350Wh/kg,安全性、充放电循环寿命进一步提高,成本也大幅降低。


二、半固态电极平台24M公司能做到这个地步,双液技术仅是一部分,其独有的“24M半固态电极平台”也功不可没。


▲左侧为24M半固态电极,右侧为传统锂离子电池电极,可见半固态电极消除了很多非储能结构


24M公司CEORickFeldt(瑞克·费尔特)说:


“24M半固态电极平台是双液系统的基础,它极大地提升了整体加工效率,也开拓了全新的电池单体设计、电化学反应。不仅如此,24M的半固态单体结构还能消除全固态电池中尚未处理的“界面问题”——即固态电极液和固态电极间无湿润性,两界面难以充足接触,组分又相互扩散,导致电池内阻急剧增大,电池寿命极低的问题。”


“24M公司正在与数个世界优秀制造商合作,我们已经证明了这种设计能够兼顾产量和加工收益。”


“使用这种半固态电极平台+双电解液技术,我们无疑已经颠覆了锂离子电池行业。不仅如此,这种技术还张大了电解液的选择范围,我们希望这种技术能成为行业所有公司的发展方向,在4.28号国际电池研究展览会上,Naoki(直树)将引导大家讨论研究,包括纯水等其他迄今为止尚未被实验过的材料。”


对此,日本伊藤诚贸易公司总经理KojiHasegawa对24M赞扬道:


“归功于24M公司在固态离子和半固态电极上面的成绩,这种神奇的设计,在锂离子电池性能提升愈发困难的今天,为锂电单体和电化学反应的设计供应了全新的思路。”


三、相较于传统电池的优点据《我国制造2025》规划:到2020年,我国动力锂离子电池单体能量密度要达到300Wh/kg;到2025年,单体能量密度达到400Wh/kg。


目前市面上,代表我国锂电技术最高水平的宁德时代NCM811电芯,单体能量密度在270-280Wh/kg左右。而特斯拉所用的松下2170电芯,是已量产装车的最高单体能量密度电芯,为260Wh/kg。


可见,传统锂离子电池的发展已经非常困难。在保证电池安全的前提下,提升能量密度非常缓慢,提升的成本也越来越高,而300Wh/kg,是行业专家预测传统锂离子电池的单体能量密度极限。


相较于传统电池,24M公司这种双电解液半固态电池目前已经达到了350Wh/kg单体能量密度。据称,24M公司下一步目标是将单体能量密度提升至400Wh/kg,这已是我国2025年的发展目标。


不仅如此,由于半固态电极平台采用了全新锂离子电池单体结构,60%以上的非储能材料被去掉,结构更加简单,在电池充放电循环中,内阻力更小,循环寿命大大改善。以目前电动汽车电池均匀1000次的充放电循环寿命来说,这种新电池的循环寿命可以提升7倍。


这对纯电动汽车企及用户,无疑是一个福音。


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