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用于锂金属和无阳极电池,因为它们的能量密度更高,降低成本

 小狐 • 2020-07-13 11:09  来源:互联网  E955

用于锂金属和无阳极电池,因为它们的能量密度更高,降低成本(图1)

用于锂金属和无阳极电池,因为它们的能量密度更高,降低成本(图2)

将含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂盐的电解质用于锂金属和无阳极电池

撰文 / 朱 琳

设计 / 杜 凯

过去的一年中,特斯拉的电池研究伙伴杰夫·达恩(Jeff Dahn)和他在达尔豪斯大学(Dalhousie University)的团队,一直在为特斯拉工作,以提高能源密度和电池寿命,同时降低成本。

去年,他们公布了一种新型电池的结果,的新电池是一种锂离子电池,具有下一代“单晶”NMC(镍钴锰)阴极和一种新的先进电解质。达恩的团队对这些电池进行了广泛的,根据结果,他们认为这种电池可以驱动一辆电动汽车行驶100万英里(160万公里)以上,并在电网储能中至少使用20年,比特斯拉现有电池续航时间长两到三倍。

他们在不同的条件和周期下对电池进行了。即使在40摄氏度的极端温度下,这些电池也能持续4000次循环。借助主动冷却,就像特斯拉的电池组一样,它可以将电池的循环次数提高到6000次以上,这意味着一个良好的电池组可以轻松行驶100万英里。控制充电到低于100%的充电状态也有助于延长寿命。他们认为这种电池将在“机器人出租车”robo taxis上特别有用。

作为锂离子电池技术的先驱,达恩和他的团队在除了改进现有技术之外,也一直在研究下一代电池技术。

去年,该团队为特斯拉的“无阳极锂金属电池”申请专利,他们认为这可能是代替固态电池的电池技术的下一个大事件。该团队的论文基本上解释了他们如何解决了用锂金属代替传统石墨阳极而不需要使用固态电解质的问题。如果成功,它将在比固态电池更短的时间内实现能量密度更高、更持久的电池商业化。

用于锂金属和无阳极电池,因为它们的能量密度更高,降低成本(图3)

现在,达恩团队为特斯拉加拿大研究小组申请的新专利证明,他们仍在研究新电池:“将含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂盐的电解质,用于锂金属和无阳极电池”

特斯拉在专利申请中写道:

“可充电电池是电动汽车和电网存储例如,停电期间的备用电源,作为微电网的一部分等等的储能不可或缺的组成部分。一些此类可再充电电池包括锂金属和无阳极锂电池。与传统的锂离子电池相比,锂金属和无阳极锂电池具有一定优势,因为它们的能量密度更高。由于没有阳极涂层,无阳极电池也更便宜且易于组装。然而,锂金属和无阳极锂电池面临的阻止了它们的广泛采用。改进锂金属和无阳极电池的某些特性将使此类得到更广泛使用。例如,能够实现商业上可接受的锂金属循环性能和无阳极锂电池的电解质组合物,对于获得此类电池的采用至关重要。在此之前,业界的普遍共识是,仅含二氟草酸硼酸锂“LiDFOB”盐的电解质,能最好地提高锂金属和无阳极锂电池的容量保持率能力。”

简而言之,这种电池在能量密度和成本方面有很大优势,但在寿命方面需要改进。

达恩的团队称,他们的新电解质将有助于改善这一点:

“的电解液包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂,以及用于锂金属或无阳极可充电电池的溶剂成分,以及使用该电解液改善电池容量的方法。还了包括锂金属或无阳极电池单元的可再充电电池,以及包含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂的电解质溶液以及溶剂组分。本文描述的具有更高的容量保持能力。”

用于锂金属和无阳极电池,因为它们的能量密度更高,降低成本(图4)

今年早些时候,特斯拉的研究人员发表了一项研究成果,他们描述了一种新型电池,它利用了锂离子电池的寿命和锂金属电池的高能量密度,将混合锂金属电池作为全电动汽车的续航工具。

“提高电池的能量密度将降低电动汽车的成本,并能延长行驶里程。用金属锂代替传统锂离子电池中的石墨阳极可以显著提高能量密度。然而,锂金属阳极存在容量损耗快、电池寿命短的问题。为了长寿命的高能量密度电池,我们提出了一种锂离子/金属锂混合电池,通过在石墨上有目的地镀上金属锂来实现。虽然在传统锂离子电池中,多余的锂电镀通常是一种降解机制,但我们在优化的双盐电解液中实现了可逆的石墨锂电镀。此外,由于电池通常不会被循环到100%的容量,这些混合电池可以在锂离子模式下运行,几乎没有降解,在它们的大部分寿命中,通过周期性的充满电的锂金属循环来增加容量。”

但是,需要注意的是,特斯拉像大多数其他公司一样,有时会为不会投产的技术申请专利。

本文相关词条概念解析:

电池

化学电源俗称为电池,是一种利用物质的化学反应所释放出来的能量直接转化为电能的装置。电池是指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间,能把化学能或者光能转变为电能的装置,主要有化学电池、太阳能电池和原子能电池。电池具有正极、负极之分。电池使用过程电池放电过程,电池放电时在负极上进行氧化反应,向外提供电子,在正极上进行还原反应,从外电路接受电子,电流经外电路而从正极流向负极,电解质是离子导体,离子在电池内部的正负极之间的定向移动而导电,阳离子流向正极,阴离子流向负极。电池放电的负极为阳极,放电的正极为阴极,在阳极两类导体界面上发生氧化反应,在阴极的两类导体界面上发生还原反应。

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