將含二氟(草酸)硼酸鋰和四氟硼酸鋰鹽的電解質(zhì)用于鋰金屬和無陽極電池

特斯拉已經(jīng)為一項(xiàng)新技術(shù)申請了專利，該技術(shù)將為一種新金屬鋰電池或無陽極電池提供電解質(zhì)解決方案。

過去的一年中，特斯拉的電池研究伙伴杰夫·達(dá)恩(Jeff Dahn)和他在達(dá)爾豪斯大學(xué)(Dalhousie University)的團(tuán)隊(duì)，一直在為特斯拉工作，以提高能源密度和電池壽命，同時(shí)降低成本。

去年，他們公布了一種新型電池的測試結(jié)果，測試的新電池是一種鋰離子電池，具有下一代“單晶”NMC(鎳鈷錳)陰極和一種新的先進(jìn)電解質(zhì)。達(dá)恩的團(tuán)隊(duì)對這些電池進(jìn)行了廣泛的測試，根據(jù)測試結(jié)果，他們認(rèn)為這種電池可以驅(qū)動一輛電動汽車行駛100萬英里(160萬公里)以上，并在電網(wǎng)儲能中至少使用20年，比特斯拉現(xiàn)有電池續(xù)航時(shí)間長兩到三倍。

他們在不同的條件和周期下對電池進(jìn)行了測試。即使在40攝氏度的極端溫度下，這些電池也能持續(xù)4000次循環(huán)。借助主動冷卻系統(tǒng)，就像特斯拉的電池組一樣，它可以將電池的循環(huán)次數(shù)提高到6000次以上，這意味著一個(gè)良好的電池組可以輕松行駛100萬英里?？刂瞥潆姷降陀?00%的充電狀態(tài)也有助于延長壽命。他們認(rèn)為這種電池將在“機(jī)器人出租車”(robo taxis)上特別有用。

作為鋰離子電池技術(shù)的先驅(qū)，達(dá)恩和他的團(tuán)隊(duì)在除了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)之外，也一直在研究下一代電池技術(shù)。

去年，該團(tuán)隊(duì)為特斯拉的“無陽極鋰金屬電池”申請專利，他們認(rèn)為這可能是代替固態(tài)電池的電池技術(shù)的下一個(gè)大事件。該團(tuán)隊(duì)的論文基本上解釋了他們?nèi)绾谓鉀Q了用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)石墨陽極而不需要使用固態(tài)電解質(zhì)的問題。如果成功，它將在比固態(tài)電池更短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)能量密度更高、更持久的電池商業(yè)化。

現(xiàn)在，達(dá)恩團(tuán)隊(duì)為特斯拉加拿大研究小組申請的新專利證明，他們?nèi)栽谘芯啃码姵兀骸皩⒑?草酸)硼酸鋰和四氟硼酸鋰鹽的電解質(zhì)，用于鋰金屬和無陽極電池”。

特斯拉在專利申請中寫道：

“可充電電池是電動汽車和電網(wǎng)存儲(例如，停電期間的備用電源，作為微電網(wǎng)的一部分等等)的儲能系統(tǒng)不可或缺的組成部分。一些此類可再充電電池系統(tǒng)包括鋰金屬和無陽極鋰電池。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，鋰金屬和無陽極鋰電池具有一定優(yōu)勢，因?yàn)樗鼈兊哪芰棵芏雀?。由于沒有陽極涂層，無陽極電池也更便宜且易于組裝。然而，鋰金屬和無陽極鋰電池面臨的挑戰(zhàn)阻止了它們的廣泛采用。改進(jìn)鋰金屬和無陽極電池系統(tǒng)的某些特性將使此類系統(tǒng)得到更廣泛使用。例如，開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)上可接受的鋰金屬循環(huán)性能和無陽極鋰電池的電解質(zhì)組合物，對于獲得此類電池系統(tǒng)的采用至關(guān)重要。在此之前，業(yè)界的普遍共識是，僅含二氟(草酸)硼酸鋰(“LiDFOB”)鹽的電解質(zhì)，能最好地提高鋰金屬和無陽極鋰電池的容量保持率能力?！?/p>

簡而言之，這種電池在能量密度和成本方面有很大優(yōu)勢，但在壽命方面需要改進(jìn)。

達(dá)恩的團(tuán)隊(duì)稱，他們的新電解質(zhì)將有助于改善這一點(diǎn)：

“提供的電解液包含二氟（草酸）硼酸鋰和四氟硼酸鋰，以及用于鋰金屬或無陽極可充電電池的溶劑成分，以及使用該電解液改善電池容量的方法。還提供了包括鋰金屬或無陽極電池單元的可再充電電池系統(tǒng)，以及包含二氟（草酸）硼酸鋰和四氟硼酸鋰的電解質(zhì)溶液以及溶劑組分。本文描述的系統(tǒng)具有更高的容量保持能力。”

在專利申請中，他們確實(shí)公布了測試結(jié)果，顯示電池的容量保持能力有所提高，但目前似乎并沒有將電池的續(xù)航周期提高到50次以上。他們需要將電池進(jìn)行更多的循環(huán)才能使其商業(yè)化。

今年早些時(shí)候，特斯拉的研究人員發(fā)表了一項(xiàng)研究成果，他們描述了一種新型電池，它利用了鋰離子電池的壽命和鋰金屬電池的高能量密度，將混合鋰金屬電池作為全電動汽車的續(xù)航工具。

“提高電池的能量密度將降低電動汽車的成本，并能延長行駛里程。用金屬鋰代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋰離子電池中的石墨陽極可以顯著提高能量密度。然而，鋰金屬陽極存在容量損耗快、電池壽命短的問題。為了開發(fā)長壽命的高能量密度電池，我們提出了一種鋰離子/金屬鋰混合電池，通過在石墨上有目的地鍍上金屬鋰來實(shí)現(xiàn)。雖然在傳統(tǒng)鋰離子電池中，多余的鋰電鍍通常是一種降解機(jī)制，但我們在優(yōu)化的雙鹽電解液中實(shí)現(xiàn)了可逆的石墨鋰電鍍。此外，由于電池通常不會被循環(huán)到100%的容量，這些混合電池可以在鋰離子模式下運(yùn)行，幾乎沒有降解，在它們的大部分壽命中，通過周期性的充滿電的鋰金屬循環(huán)來增加容量?！?/p>

但是，需要注意的是，特斯拉像大多數(shù)其他公司一樣，有時(shí)會為不會投產(chǎn)的技術(shù)申請專利。

關(guān)于特斯拉電池計(jì)劃的更多信息將于9月15日的“電池日”期間公布。

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