ORNL研究人员开发等静压技术可用于制造固态电池

盖世汽车讯 据外媒报道，基于富有前景的测试结果，美国能源部橡树岭国家实验室的电池研究人员建议固态电池行业关注等静压(isostatic pressing)技术，以促进下一代电池商业化。

电动汽车制造商的目标之一是，实现商用规模生产固态电池。比起目前市场上的锂离子电池，固态电池的充电速度更快、续航时间更长、运行更安全。

ORNL研究人员建议关注很少涉及的等静压成型技术。该工艺使用机器内的液体和气体，如水、油或氩气，对电池组件施加一致的压力，从而产生高度均匀的材料。在生产这种压制设备的行业合作伙伴的帮助下，ORNL研究人员发现，采用等静压技术，可以更容易、更快地生产电池，同时创造更好的能量流动条件。

在电池充放电时，离子通过电解质在金属薄层状正、负极之间移动。在电动汽车使用的锂离子电池中，电解质是一种液体，更易于离子通过。然而，如果电池层体之间的区域受到损害，这些液体有可能溢出或着火。

ORNL的Marm Dixit及其同事发现，通过等静压技术，可以产生均匀的固态电解质薄层，使层与层之间保持高度接触，从而实现平稳的离子运动。该方法适用于不同温度和压力下的各种电池成分。

结果显示，在低温条件下，使用柔软的电解质材料，等静压技术非常成功。因为软电解质材料更易于加工，具有适合离子运动的晶体结构。相比之下，以前的电池等静压技术需要在非常极端的条件下完成，如非常高的温度或室温，但不能介于二者之间。Dixit表示:“这些材料具有独特的优势，因此受到研究人员的关注。在从室温到几千华氏度之间任意进行等静压，具有重要意义。这意味着可以使用所有材料，如聚合物和氧化物。”

研究人员表示，对于正在开发的各种固态电池设计和材料连续制造工艺，这种多功能性具有重要意义。相对来说，等静压技术也易于实现商业扩展。目前，各公司竞相向汽车制造商供应固态电池，因此这一发现引起了广泛关注。一些先进的汽车公司已经宣布，打算在几年内销售使用固态电池的电动汽车。ORNL企业研究员、电气化部门负责人Ilias Belharouak表示，为了实现大规模生产，需要完善固态电池技术。“如果可以扩展等静压技术，将提供一种无需外部压力就能组装电池层的方法。”

在熔合和连接材料领域，等静压技术已经应用了数十年之久。最近，这种技术已成为消除3D打印部件中空洞和异常结构的工具。然而，其电池应用测试一直受到限制。

研究人员还表示，通过等静压技术，可以将三个电池层制成单一、致密的系统，而无需单独制造层体，再将它们结合在一起。

该团队强调，实现规模化制造固态电池十分重要。“有效解决这些挑战，可以超越目前的电池技术，使能量密集型固态电池满足便携式电子产品、电网存储、电动汽车甚至航空应用迅速增长的需求。”

ORNL研究人员正在进行深入测试，以了解哪种压制温度和压力组合对不同的材料最有效，以及这些因素如何影响材质。Dixit表示:“等静压可以改变材质——问题在于能否主动控制它。对固态电池来说，操控晶体材质的能力，具有重要意义。”