半价锂离子电池,具有改善的性能和可回收性

剑桥2400万总部的试点制造厂已经生产了数千台测试电池来展示新设计的效率。

剑桥2400万总部的试点制造厂已经生产了数千台测试电池来展示新设计的效率。

麻省理工学院Spinoff Company 24M已经重新设计了锂离子电池的制造过程,以降低成本,提高性能,使其更容易回收。

由MIT和MINDOFF公司开发的锂离子电池的先进制造方法,并在SPINOFF公司致电24米,承诺显着削减最广泛使用类型的可充电电池的成本,同时还提高了它们的性能并使它们更容易回收。

“我们已经重新发明了这个过程,”MIT陶瓷陶瓷教授和联合创始人为2400万(以前是电池公司A123的联合创始人)。他说,现有的制造锂离子电池的方法几十年来,由于该技术发明,并且效率低下,具有比真正需要更多的步骤和组件。

新进程基于五年前由蒋介绍开发的概念基于包括W.Craig Carter,材料科学与工程学教授W.Craig Carter。在该所谓的“流动电池”中,电极是由液体承载的微小颗粒的悬浮液,并泵送通过电池的各个隔室。

新的电池设计是流动电池和传统固体的混合:在此版本中,而电极材料不流动,它由类似的半固体,颗粒胶体悬浮液组成。蒋和卡特认为这是一个“半固体电池”。

横截面图显示了锂离子电池单元的新设计24M的新设计如何增加电极层的厚度,并且大大减少了所需的层数,降低制造成本。

横截面图显示了锂离子电池单元的新设计24M的新设计如何增加电极层的厚度,并且大大减少了所需的层数,降低制造成本。

更简单的制造过程

蒋介绍,这种方法非常简化制造,也使得灵活性和抗损坏的电池造成损坏的电池刊中电源根据其特定应用和化学成分,分析了涉及选择固体和流量型电池之间的权衡。

该分析表明,虽然流电池系统适用于具有低能量密度的电池化学物质(那些只能用于给定重量的有限能量)的电池化学物质,用于高能量密度(如锂离子电池),流动系统的额外复杂性和组件将增加不必要的额外费用。

蒋说,几乎在发布了对流量电池的早期研究后,“我们意识到利用这种可流动电极技术的更好方法是重新发明制造过程。”

代替将液体涂层施加到背衬材料卷的标准方法,然后必须等待在它可以移动到下一个制造步骤之前干燥,而是将电极材料保持在液态并且不需要干燥阶段根本。使用较少,更厚的电极,系统可减少传统的电池架构的不同层数,以及结构中的非功能性材料的量,达到80%。

在微小的悬浮颗粒代替固结板的形式中具有电极,大大减少了带电粒子的路径长度,因为它们通过材料移动 - 一种称为“曲折化”的性质。曲折的曲折使得可以使用较厚的电极,从而依次简化生产和降低成本。

与常规的固体锂离子电池不同,新的半固体细胞足够灵活,可以多次弯曲和折叠而不影响其性能,如该测试中的恒定电压读数所示。

与常规的固体锂离子电池不同,新的半固体细胞足够灵活,可以多次弯曲和折叠而不影响其性能,如该测试中的恒定电压读数所示。

可弯曲和可折叠

蒋说,除了简化的制造足以将电池成本降低一半,新系统生产更加灵活和弹性的电池。虽然常规锂离子电池由脆性电极组成,但是可以在应力下破裂的脆性电极,新配方产生可以弯曲,折叠或甚至被子弹渗透的电池单元。他说,这应该提高安全性和耐用性。

本公司迄今为止,在其原型装配线上制作了约10,000个电池,其中大部分是由三个工业合作伙伴进行测试,包括泰国的石油公司和日本重型设备制造商Ihi Corp.该过程已收到八项专利并拥有75项正在审查的其他专利;24M从风险投资公司和美国能源授权部获得5000万美元的融资。

该公司最初专注于网格尺度安装,用于帮助平滑输出电源负载,并为可再生能源提供产生间歇输出的可再生能源,如风和太阳能。但蒋说,该技术也适用于重量和体积有限的应用,例如在电动车辆中。

蒋说,这种方法的另一个优点是,可以通过简单地添加相同的单位来缩放使用该方法的工厂。通过传统的锂离子生产,植物必须从一开始就以大规模建造,以便保持单位成本,因此它们需要更大的初始资本支出。到2020年,蒋介绍估计,2400万将能够生产电池,以每千瓦时的产能不到100美元。

Venkat Viswanathan是一位不参与这项工作的卡内基梅隆大学机械工程助理教授,说新论文中提出的分析“解决了一个非常重要的问题,何时更好地建立流量电池与静态模型。......本文将作为制作设计选择和GO-NO决定的关键工具。“

Viswanathan补充说,24米的新电池设计“可以对液体电池制造进行同样的破坏,因为迷你磨机对综合钢厂做了什么。”

除了蒋,还有电源论文是由研究生Brandon Hopkins,Mechanical Engineers教授Alexander Slocum,伊利诺伊大学的Kyle Smith撰写的。该工作得到了美国能源部能源储存中心的支持,基于伊利诺伊州阿尔冈国家实验室。

图片:24米

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