一種新的制造技術可以使固態汽車鋰離子電池采用與傳統液體電解質電池相同的生產工藝生產的但卻是不可燃的陶瓷電解質。

喬治亞理工學院的材料科學研究人員開發的熔融滲透技術使用的電解質材料可以滲透到多孔但又密實、熱穩定的電極中。

一步法生產高密度復合材料的基礎上，無壓力，毛細管驅動滲透熔融固體電解質進入多孔體，包括多層電極分離器堆棧。

“雖然傳統固態電解質的熔點可以在700攝氏度到1000攝氏度以上，但我們的工作溫度范圍要低得多，這取決于電解液的成分，大致在200攝氏度到300攝氏度之間。”佐治亞理工大學材料科學與工程學院教授格勒布·尤辛解釋說，在這些較低的溫度下，制造要快得多，也容易得多。材料在低溫下不會發生反應。標準電極組件，包括聚合物粘合劑或膠水，在這些條件下是穩定的。

這項新技術將于3月8日發表在《自然材料》（NatureMaterials）雜志上，它可以讓大型汽車鋰離子電池使用100%固態不可燃陶瓷，而不是使用與傳統液體電解質電池生產工藝相同的液體電解質，這將使電池變得更安全。這項正在申請專利的制造技術模仿了用液體電解質制造商業鋰離子電池的低成本制造方法，而是使用熔點低的固態電解質熔化并滲入致密電極。因此，使用過去30年為鋰離子電池開發和優化的成熟工具和工藝，任何尺寸或形狀的高質量多層電池都可以快速大規模生產。

熔滲技術是關鍵的進步。鋰離子電池的循環壽命和穩定性在很大程度上取決于工作條件，特別是溫度，如果電池長期過熱，它們通常會過早退化，過熱的電池可能著火。這促使幾乎所有的電動汽車（EV）都配備了復雜且相當昂貴的冷卻系統。相比之下，固態電池可能只需要加熱器，而加熱器的價格明顯低于冷卻系統。

Yushin和Xiao對這種制造工藝的潛力感到鼓舞，因為這種工藝能夠使電池制造商生產出更輕、更安全、更高能量密度的電池。

佐治亞理工大學教授GlebYushin在一個校園電動汽車充電站看到熔融滲透技術為更多的鋰離子電池創新打開了閘門。

“開發的熔滲技術與廣泛的材料化學兼容，包括所謂的轉化型電極。這類材料已被證明能將汽車電池的能量密度提高20%以上，在未來也能提高100%以上。”合著者、佐治亞理工大學研究科學家KostiantynTurcheniuk說，他指出，更高密度的電池支持更長的行駛里程。電池需要高容量電極才能實現性能飛躍。

佐治亞理工學院的技術還沒有商業化，但尤辛預測，如果未來電動汽車市場的很大一部分采用固態電池，這可能是唯一的出路，因為這將允許制造商使用現有的生產設施和基礎設施。

他說：“這就是為什么我們把重點放在這個項目上——這是我們實驗室最具商業可行性的創新領域之一。”

電池價格在2020年首次達到每千瓦時100美元。據Yushin介紹，在消費型電動汽車市場全面開放之前，它們需要降到每千瓦時70美元以下。電池創新對實現這一目標至關重要。

材料科學實驗室團隊目前正致力于開發其他電解質，這些電解質將具有較低的熔點和較高的導電率，使用實驗室證明的相同技術。

Yushin設想，該研究團隊的制造技術進步為這一領域的更多創新打開了閘門。

“那么多聰明得難以置信的科學家專注于解決極具挑戰性的科學問題，卻完全忽視了經濟和技術的實用性。他們正在研究和優化超高溫電解質，這種電解質不僅在電池中的使用成本大大提高，而且比液體電解質重5倍，我的目標是推動研究界走出這個化學盒子。”