中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電池摒棄了鋰離子電池中常用的揮發(fā)性液體電解質(zhì),而不易燃的陶瓷電解質(zhì)粉體一直是人們關注的焦點。陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)具有一些有益的固有特性,如不可燃性、較大的機械強度、較寬的電化學穩(wěn)定性窗口等,它們在安全性和使用壽命等方面具有無可比擬的優(yōu)勢。
陶瓷在固態(tài)電池中的應用
①電解質(zhì)材料。這些陶瓷材料具有高離子導電性能,能夠有效地傳輸離子(如鋰離子或鈉離子)在正負極之間進行電荷平衡。與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相比,固態(tài)電解質(zhì)陶瓷具有更高的化學穩(wěn)定性和安全性,能夠抑制電池的熱失控和電解液泄漏的風險。
②導電電極材料。例如,鎢酸鹽陶瓷材料在固態(tài)鋰離子電池中作為正極材料,具有良好的離子和電子導電性能,可以提高電池的能量密度和功率輸出。此外,鈣鈦礦氧化物陶瓷在固態(tài)固態(tài)氧化物燃料電池中用作陽極材料,具有高離子導電性和催化活性,促進燃料氧化反應。
③封裝和保護層。陶瓷材料具有良好的機械強度、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,可以保護電池內(nèi)部組件免受外界環(huán)境的影響,并防止電池的機械破壞和氧化。
④界面調(diào)控材料。可以用于調(diào)控電極與電解質(zhì)之間的界面,提高電極和電解質(zhì)之間的相容性和電荷傳輸效率。
美國最大固態(tài)電池公司——ION Storage Systems
ION Storage Systems(ION)是美國一家專注于固態(tài)電池陶瓷電解質(zhì)的公司,其固態(tài)電池采用3D陶瓷結構技術,摒棄了傳統(tǒng)石墨等材料,顯著提升了電池的儲能能力。
為了實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),ION在2023年9月曾與世界上最大的陶瓷供應商之一Saint-Gobain(圣戈班)簽訂了陶瓷粉末供應協(xié)議,確保了關鍵原材料的穩(wěn)定供應。該協(xié)議要求圣戈班生產(chǎn)陶瓷粉末,ION將其應用于新型固態(tài)電動汽車電池。
此外,來自圣戈班的高科技陶瓷粉末制腦狀結構,是ION新固態(tài)電池的核心,它具有正極和負極的多孔結構,中間夾有致密、薄、固體電解質(zhì)。
今年五月份,ION宣布將在馬里蘭州貝爾茨維爾總部附近建設全美最大的固態(tài)電池工廠。該固態(tài)電池生產(chǎn)試點線計劃于今年內(nèi)啟動,初始產(chǎn)能為1MWh,預計到2025年初產(chǎn)能將增至10MWh,長期目標是到2028年實現(xiàn)500MWh的產(chǎn)能。
能量單位換算公式:
1 MWh (兆瓦時) = 1000 kWh (千瓦時)
1 GWh (吉瓦時) = 1000 MWh
1 TWh (太瓦時) = 1000 GWh
假設一輛新能源汽車的電池容量為100 kWh(100度電),那么1 MWh 的產(chǎn)能只能為10輛新能源汽車提供電池,2028年成功達到500MWh的年產(chǎn)能,也僅能夠為5000輛新能源汽車提供電池。
而我國規(guī)模最大的固態(tài)鋰電池量產(chǎn)項目和全球規(guī)模領先的固態(tài)鋰電池量產(chǎn)項目——清陶昆山固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化項目達產(chǎn)后年裝機量將達10GWh,這將是美國最大固態(tài)電池工廠的20倍。
國內(nèi)企業(yè)布局陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)
國內(nèi)眾多企業(yè)在氧化物陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)方面布局較早,許多企業(yè)已經(jīng)初步具備了LATP、LLZO和LLTO等具有應用潛力的固態(tài)電解質(zhì)的量產(chǎn)能力,LATP、LLZO以及LLTO已實現(xiàn)噸級以上制備。在國內(nèi)布局的企業(yè)包括溧陽天目先導電池材料科技有限公司(天目先導)、清陶能源發(fā)展股份有限公司(清陶能源)、贛鋒鋰業(yè)集團股份有限公司(贛鋒鋰業(yè))、上海洗霸科技股份有限公司(上海洗霸)等。
天目先導可批量生產(chǎn)粒徑D50為4μm、離子電導率在0.1mS/cm以上的LATP粉體,并且可提供粒徑D50為300nm的LATP離子導體油系漿料以及厚度在15μm 的LATP涂覆隔膜。
清陶能源實現(xiàn)了對LLZO以及LLTO陶瓷粉體、復合正負極等材料的量產(chǎn),并且可以生產(chǎn)制備不同類型的離子導體復合隔膜等。
贛鋒鋰業(yè)具備百噸到千噸級納米石榴石型以及NASICON型氧化物固態(tài)電解質(zhì)材料的生產(chǎn)能力,其所生產(chǎn)的石榴石型電解質(zhì)離子電導率可達1.2mS/cm以上,NASICON型電解質(zhì)離子電導率可達0.6mS/cm以上。同時贛鋒鋰業(yè)也可生產(chǎn)不同規(guī)格的石榴石型、NASICON型氧化物固態(tài)電解質(zhì)陶瓷片,可用于固態(tài)電池、特殊電化學器件、傳感器等。
上海洗霸成立先進材料事業(yè)部,與中科院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團隊合作,期望產(chǎn)量達噸級到十噸級/年固態(tài)鋰離子電池粉體材料。
小結
隨著全球能源結構的轉(zhuǎn)變和電動汽車市場的不斷擴大,固態(tài)電池被認為是最有前景的電池技術之一,大量企業(yè)正在努力推進不同類型固態(tài)電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化以及相應固態(tài)電池的制備。其中陶瓷基固態(tài)電解質(zhì)作為固態(tài)電池技術的重要發(fā)展方向,憑借其出色的化學穩(wěn)定性和優(yōu)良的離子傳導性能,展現(xiàn)出強大的潛力和廣闊的應用前景,并且國內(nèi)一些企業(yè)已實現(xiàn)噸級以上制備,推動固態(tài)電池的發(fā)展邁向新的高度。
參考來源:
郭向欣等.當前固體電解質(zhì)與固態(tài)電池技術成熟度分析
固態(tài)電池圈的“代表人物”:陶瓷!.粉體網(wǎng)
圣戈班:陶瓷電池最新進展.固態(tài)電池SSB
號稱美國最大固態(tài)電池ION Storage Systems公司,是PPT技術還是有真實力?揭開其真實面紗!.中科聯(lián)化研究院
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡)
注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權告知刪除!