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單體能量密度遠超特斯拉,詳解24M的雙電解液動力鋰離子電池技術

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年08月11日  

在特斯拉緊鑼密鼓組建超級電池廠之時,由華裔科學家蔣業明創辦,隱身4年的半固態電池公司24M高調出山,4輪融資總計超7000萬美元(約4.9億人民幣),其加工的鋰離子電池單體能量密度達到了350Wh/kg。


本文整理外媒報道,具體拆解24M的雙電解液動力鋰離子電池技術。


一、全新雙電解液鋰離子電池近日,美國24M公司宣稱:今年四月28號,在佛羅里達州舉辦的國際電池研究展覽會上,他們將向公眾展示一種全新的、高性能低成本的“雙電解液鋰離子電池”。


為了解雙電解液電池的優勢,我們不妨先看看傳統電池。


一般的電池,僅有一種電解液在兩極間發生化學反應,反應生成的陰陽離子在電解液中流動以平衡兩邊電勢差。然而,在反應過程中,兩電極處會集中越來越多的陽/陰離子,形成極高的反壓差,阻止反應持續進行,這個問題被稱為極化反應。


▲陰陽極區各自有不同的電解液


而這種新型電池,陰極區和陽極區各有一種電解液,各自參與反應,兩種液體由一種非滲透電池隔膜隔開,兩邊液體不互通,電勢差由外部鹽橋離子的流動來平衡,而電子通過外部電路形成電流。這樣,陰陽離子并不會在電極處大量集中,從而有效地戒備了極化反應。因此,這種雙液電池的放電繼續時間更長,副反應更少,整體電能效率更高。


基于雙電解液技術,24M公司的鋰離子電池單體能量密度達到了350Wh/kg,安全性、充放電循環壽命進一步提高,成本也大幅降低。


二、半固態電極平臺24M公司能做到這個地步,雙液技術僅是一部分,其獨有的“24M半固態電極平臺”也功不可沒。


▲左側為24M半固態電極,右側為傳統鋰離子電池電極,可見半固態電極消除了很多非儲能結構


24M公司CEORickFeldt(瑞克·費爾特)說:


“24M半固態電極平臺是雙液系統的基礎,它極大地提升了整體加工效率,也開拓了全新的電池單體設計、電化學反應。不僅如此,24M的半固態單體結構還能消除全固態電池中尚未處理的“界面問題”——即固態電極液和固態電極間無濕潤性,兩界面難以充足接觸,組分又相互擴散,導致電池內阻急劇增大,電池壽命極低的問題。”


“24M公司正在與數個世界優秀制造商合作,我們已經證明了這種設計能夠兼顧產量和加工收益。”


“使用這種半固態電極平臺+雙電解液技術,我們無疑已經顛覆了鋰離子電池行業。不僅如此,這種技術還張大了電解液的選擇范圍,我們希望這種技術能成為行業所有公司的發展方向,在4.28號國際電池研究展覽會上,Naoki(直樹)將引導大家討論研究,包括純水等其他迄今為止尚未被實驗過的材料。”


對此,日本伊藤誠貿易公司總經理KojiHasegawa對24M贊揚道:


“歸功于24M公司在固態離子和半固態電極上面的成績,這種神奇的設計,在鋰離子電池性能提升愈發困難的今天,為鋰電單體和電化學反應的設計供應了全新的思路。”


三、相較于傳統電池的優點據《我國制造2025》規劃:到2020年,我國動力鋰離子電池單體能量密度要達到300Wh/kg;到2025年,單體能量密度達到400Wh/kg。


目前市面上,代表我國鋰電技術最高水平的寧德時代NCM811電芯,單體能量密度在270-280Wh/kg左右。而特斯拉所用的松下2170電芯,是已量產裝車的最高單體能量密度電芯,為260Wh/kg。


可見,傳統鋰離子電池的發展已經非常困難。在保證電池安全的前提下,提升能量密度非常緩慢,提升的成本也越來越高,而300Wh/kg,是行業專家預測傳統鋰離子電池的單體能量密度極限。


相較于傳統電池,24M公司這種雙電解液半固態電池目前已經達到了350Wh/kg單體能量密度。據稱,24M公司下一步目標是將單體能量密度提升至400Wh/kg,這已是我國2025年的發展目標。


不僅如此,由于半固態電極平臺采用了全新鋰離子電池單體結構,60%以上的非儲能材料被去掉,結構更加簡單,在電池充放電循環中,內阻力更小,循環壽命大大改善。以目前電動汽車電池均勻1000次的充放電循環壽命來說,這種新電池的循環壽命可以提升7倍。


這對純電動汽車企及用戶,無疑是一個福音。


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