ORNL研究人员开发等静压技术 可用于制造固态电池

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（ORNL）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。

（图片来源：橡树岭国家实验室）

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。”