佐治亚理工学院的一种新制造工艺可能使电池制造商能够生产更轻、更安全、能量密度更高的电池。信用:佐治亚理工学院艾利森·卡特一项新的制造技术可以使固态汽车锂离子电池采用不可燃的陶瓷电解质，其生产工艺与传统液体电解质电池相同。佐治亚理工学院的材料科学研究人员开发的熔融渗透技术使用电解质材料，这种材料可以渗透到多孔但致密堆积的热稳定电极中。
该一步法基于熔融固体电解质向多孔体(包括多层电极-隔板叠层)的无压毛细渗透产生高密度复合材料。
佐治亚理工学院材料科学与工程学院的教授Gleb Yushin解释说:“虽然传统固态电解质的熔点可以在700摄氏度到1000摄氏度以上，但我们在更低的温度范围内工作，这取决于电解质的组成，大致在200到300摄氏度之间。“在这些较低的温度下，制造更快、更容易。材料在低温下不会发生反应。标准电极组件，包括聚合物粘合剂或胶水，在这些条件下可以保持稳定。”
这项新技术将于3月8日发表在《自然·材料》杂志上，它可以使用100%固态不可燃陶瓷，而不是使用传统液体电解质电池生产的sa me制造工艺的液体电解质，使大型汽车锂离子电池变得更加安全。这项正在申请专利的制造技术模仿了低成本的商用液态电解质锂离子电池，而是使用低熔点的固态电解质，这些电解质被熔化并渗入致密的电极中。因此，使用过去30年为锂离子开发和优化的成熟工具和工艺，可以大规模快速制造任何尺寸或形状的高质量多层电池。
“熔渗技术是关键的进步。锂离子电池的循环寿命和稳定性在很大程度上取决于运行条件，尤其是温度，”佐治亚理工学院研究生肖解释道。“如果电池长时间过热，它们通常会过早开始退化，过热的电池可能会着火。这促使几乎所有的电动汽车都配备了复杂且相当昂贵的冷却系统。”相比之下，固态电池可能只需要加热器，这比冷却系统便宜得多。
这种制造工艺的潜力使电池制造商能够生产更轻、更安全、能量密度更高的电池，这让俞昕和肖深受鼓舞。
佐治亚理工学院教授Gleb Yushin在一个校园EV充电站看到，熔体渗透技术打开了更多锂离子电池创新的闸门。信贷:艾莉森·卡特，佐治亚理工学院“开发的熔融渗透技术与广泛的材料化学兼容，包括所谓的转换型电极。这种材料已被证明可以将汽车电池的能量密度现在提高20%以上，未来将提高100%以上，”合著者、佐治亚理工学院研究科学家Kostiantyn Turcheniuk说，他指出，更高密度的电池支持更长的行驶里程。电池需要高容量电极来实现性能飞跃。
佐治亚理工学院的技术尚未做好商业准备，但尤欣预测，如果未来电动汽车市场的很大一部分包含固态电池，“这可能是唯一的出路”，因为它将允许制造商使用他们现有的生产设施和基础设施。
“这就是为什么我们专注于这个项目——这是我们实验室追求的最具商业可行性的创新领域之一，”他说。
2020年，电池价格首次达到每千瓦时100美元。根据宇新的说法，在消费电动汽车市场完全开放之前，它们需要降至每千瓦时70美元以下。电池创新是实现这一目标的关键。
材料科学实验室团队目前正致力于开发其他具有更低熔点和更高电导率的电解质，使用的技术与实验室中证明的技术相同。
Yushin预计，这一研究团队的制造进展将为这一领域的更多创新打开闸门。
“如此多聪明得不可思议的科学家专注于解决极具挑战性的科学问题，而完全忽视了经济和技术的实用性。他们正在研究和优化非常高温的电解质，这种电解质不仅在电池中使用起来非常昂贵，而且比液体电解质重5倍，”他解释说。“我的目标是推动研究团体将目光投向那个化学盒子之外。”
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