打败固态电池!特斯拉电池研究合作伙伴公布一种更高能量密度的锂离子电池

(图文来源Electrek,作者Fred Lambert)

虽然锂离子电池还有改进的空间,但业内大多数人认为固态电池将成为下一代首选的化学材料。

现在,特斯拉的电池研究合作伙伴公布了一种获得更高能量密度的锂离子电池的方法,这将使研究从固态电池转移。

达尔豪西大学(Dalhousie University)杰夫·达恩(Jeff Dahn)的研究团队、特斯拉加拿大研发团队和滑铁卢大学(University of Waterloo)在《自然科学》(Nature science)杂志上发表了一篇新论文,介绍了这项研究。

达恩被认为是锂离子电池的先驱。自从锂离子电池发明以来,他就一直致力于这项工作。他被认为帮助提高了电池的生命周期,这项成果有助于电池的商业化。

现在,他的工作主要集中在挖掘潜能提升能量密度和耐用性,同时也降低成本。

2016年,达恩的研究团队结束了与3M 20年的研究协议,转而与特斯拉成立了新协会,名为“NSERC/特斯拉加拿大工业研究所”(NSERC/Tesla Canada Industrial research)。

通过这项协议,特斯拉在新斯科舍省哈利法克斯附近投资了一个新的研究实验室,该实验室与达恩的团队关系密切。

在过去的几年里,我们一直在报道他们共同进行的研究,包括为特斯拉申请电池技术专利。最近,我们报道了一项有助于防止特斯拉汽车电池故障的新专利。

现在,这个团队的新论文主要是基于新型“双盐LiDFOB / LiBF4液体电解质的无阳极锂金属电池袋”的研究结果。

以下是论文的部分摘录:

“具备锂金属阳极的电池被认为是未来最可行的技术,比目前的锂离子电池能量密度更高。许多研究人员认为,对于锂金属电池而言,锂离子电池中使用的典型液体电解质必须被固态电解质所取代,以维持长期稳定循环所必需的平滑无枝晶锂的形态。在这里,我们展示了使用双盐LiDFOB/LiBF4液体电解质的无阳极锂金属电池袋在经过90次充放电循环后剩余80%的容量,这是迄今为止经过证明的零过量锂电池寿命最长的一种。即使经过50次充放电循环,液态电解质也能实现光滑无枝晶的锂形态,由这种形态由密集填充的色谱柱组成。核磁共振测量结果显示,在循环过程中,形成良好的锂形态的电解质盐被缓慢消耗。”

该团队基本上解释了无需使用固态电解质的情况下,他们如何解决用锂金属代替传统石墨阳极而的问题。

如果成功,那么一种具备更高能量密度且更持久的电池就可以更快速地实现商业化,而比预期的固态电池更快。以下是论文中相关要点:

“另一种使锂金属阳极成为可能的路径是使用固态电解质,许多人认为这是最可行的发展道路。然而,固态电解质并没有成功地完全消除树突,而且目前还不清楚这些技术与现有的锂离子制造基础设施的兼容性如何。目前已有数十亿美元的资金投入了锂离子制造基础设施中。如果液体电解质可以用来制造安全且寿命长的锂金属电池,那么现有的制造设备可以用来快速将高能量密度电池商业化。”

到目前为止,电池原型被证明是成功的,研究小组认为,“持续的成功可能最终会将锂金属电池的研发重点从固态电解质转向全液态电解质。”

Here’s the abstract:

“Cells with lithium-metal anodes are viewed as the most viable future technology, with higher energy density than existing lithium-ion batteries. Many researchers believe that for lithium-metal cells, the typical liquid electrolyte used in lithium-ion batteries must be replaced with a solid-state electrolyte to maintain the flat, dendrite-free lithium morphologies necessary for long-term stable cycling. Here, we show that anode-free lithium-metal pouch cells with a dual-salt LiDFOB/LiBF4 liquid electrolyte have 80% capacity remaining after 90 charge–discharge cycles, which is the longest life demonstrated to date for cells with zero excess lithium. The liquid electrolyte enables smooth dendrite-free lithium morphology comprised of densely packed columns even after 50 charge–discharge cycles. NMR measurements reveal that the electrolyte salts responsible for the excellent lithium morphology are slowly consumed during cycling.”