固態(tài)電池
2025年2月，奔馳 EQS 在德國(guó)斯圖加特郊區(qū)完成了測(cè)試，它搭載了奔馳和美國(guó)初創(chuàng)公司 Factorial Energy 合作開發(fā)的 “Solstice” 固態(tài)電池系統(tǒng)，能量密度達(dá)到 450Wh/kg，滿電狀態(tài)下連續(xù)行駛 1087 公里后仍剩余 13%電量。---這就是世界上第一臺(tái)裝備固態(tài)電池汽車交出的答卷，由此揭開了固態(tài)電池落地的序幕：
10月，中國(guó)科學(xué)院多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)先后在《自然雜志》和《先進(jìn)材料雜志》中發(fā)表了全固態(tài)電池研究的最新進(jìn)展。
10月，工信部提出關(guān)于固態(tài)電池的建議，強(qiáng)調(diào)要強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，重點(diǎn)布局全固態(tài)電池、金屬空氣電池等前沿技術(shù)，加速新技術(shù)的落地轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
10月，國(guó)內(nèi)鋰電池企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域動(dòng)作頻頻，欣旺達(dá)推出能量密度達(dá) 400Wh/kg 的新一代聚合物全固態(tài)電池，國(guó)軒高科則發(fā)布 350Wh/kg 的全固態(tài)金石電池并推進(jìn)中試量產(chǎn)；同時(shí)，屹鋰新能源全固態(tài)電池項(xiàng)目正式落地上海，國(guó)晟科技也通過(guò)增資方式加碼固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈布局，行業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程顯著提速。
10月，比亞迪、奇瑞等車企密集公布固態(tài)電池車輛量產(chǎn)時(shí)間表，計(jì)劃于2027年前后實(shí)現(xiàn)裝車應(yīng)用，推動(dòng)新能源汽車?yán)m(xù)航突破1000公里大關(guān)。
或許就在不久以后
我們開著續(xù)航超過(guò)1000公里的電動(dòng)車，無(wú)需規(guī)劃充電樁；
拿著手機(jī)一月一充，不用擔(dān)心出門沒電；
穿戴智能設(shè)備不再受到續(xù)航限制，隨時(shí)隨地?zé)o感在線；
綠色能源的儲(chǔ)能站，確保能源提供的經(jīng)濟(jì)與及時(shí)；
這些場(chǎng)景的背后，
都藏著全固態(tài)電池的力量。
什么是固態(tài)電池？
固態(tài)電池指使用固態(tài)電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)電解液的電池，按照固態(tài)電解質(zhì)用量可分為半固態(tài)電池和全固態(tài)電池。通常我們將電池內(nèi)液體含量10%作為區(qū)分半固態(tài)電池和液態(tài)電池的分界線，而全固態(tài)電池將完全使用固態(tài)電解質(zhì)，液體含量將降為0%。
固態(tài)電池主要由正極、負(fù)極以及固態(tài)電解質(zhì)組成，最本質(zhì)區(qū)別是將液態(tài)電池的電解液與隔膜替換成固態(tài)電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)不用或者少用隔膜及電解液。
為什么是固態(tài)電池？
SOLID
安全性高
不揮發(fā)不易燃的固態(tài)電解質(zhì)相比有機(jī)電解液具有更高的安全性。
SOLID
溫度適應(yīng)性好
全固態(tài)電池可以在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，尤其是在較高的溫度下。
SOLID
能量密度高
全固態(tài)電池有望解決金屬鋰負(fù)極的安全性問題（鋰枝晶）。進(jìn)而在目前商用鋰電的石墨與硅碳負(fù)極基礎(chǔ)上提高鋰離子電池的能量密度。
SOLID
簡(jiǎn)化電芯、模組、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于固態(tài)電解質(zhì)不具備流動(dòng)性，電池可以采用內(nèi)部電芯串聯(lián)的設(shè)計(jì)方式。于固態(tài)電解質(zhì)不具有流動(dòng)性，可以采用內(nèi)部串。
上圖可以點(diǎn)擊放大
MiniFlex
理學(xué) MiniFlex 臺(tái)式 X 射線衍射儀是一款功能全面的粉末衍射分析儀器，可實(shí)現(xiàn)多維度檢測(cè)分析，以及分子結(jié)構(gòu)解析。
SmartLab
理學(xué)SmartLab全自動(dòng)多功能衍射儀，始終以 “提升用戶易用性” 為核心設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了高可靠性硬件與智能化軟件的深度融合。
理學(xué)XRD在固態(tài)電池研發(fā)中的應(yīng)用
Li7P3S11 (LPS)是一種具有高導(dǎo)電性的硫化物固體電解質(zhì)，很容易與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)。對(duì)于像這樣的吸濕性樣品，可以選配氣密樣品架使用X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行測(cè)量，從而避免材料在空氣中吸潮 。
圖1：使用XRD生成的LPS衍射圖
（樣品由大阪公立大學(xué)Hayashi實(shí)驗(yàn)室提供）
結(jié)論
分析結(jié)果表明，使用氣密樣品架，LPS 的 XRD 圖譜不受空氣中水分的影響，在四天內(nèi)沒有任何變化。氣密樣品架是驗(yàn)證需要密閉的樣品合成的理想工具。
理學(xué)氣密樣品架
硫化物固態(tài)電解質(zhì)（LPS）的晶體結(jié)構(gòu)與其鋰離子電導(dǎo)率有關(guān)。然而，由于 LPS 在接近室溫時(shí)結(jié)晶度較低，因此很難采用如 Rietveld 分析法等傳統(tǒng)的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。不過(guò)，采用對(duì)分布函數(shù)（PDF）分析法可以分析非結(jié)晶材料的局域原子結(jié)構(gòu)。因此，PDF 分析與反向蒙特卡羅（RMC）方法相結(jié)合，用于研究 LPS 的無(wú)序晶體結(jié)構(gòu)與不同溫度下的電導(dǎo)率之間的關(guān)系。詳情請(qǐng)參閱引用的論文。
圖1:不同室溫與保留時(shí)間下的 PDF 分析結(jié)果
(y軸:G (r)；x軸:原子間距離)
溫度升高時(shí)，原子間距長(zhǎng)距離側(cè)峰清晰可見。由此可確定，此時(shí)材料正在發(fā)生結(jié)晶。
圖2:采用RMC方法可以獲得室溫(298K)和523K 下的晶體結(jié)構(gòu)
可確定鋰的分布已從上圖中圈出的局部結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到玻璃態(tài)區(qū)域。
結(jié)論
采用 PDF 分析和 RMC 方法（該方法甚至可用于非晶體材料），可對(duì)每種晶態(tài)進(jìn)行分析。
※ 引用論文：M. Yoshimoto, T. Kimura, A. Sakuda, C. Hotehama, Y. Shiramata, A. Hayashi, K. Omote, Solid State Ionics, 401（2023）, 116361（8pp）
自1951年創(chuàng)立以來(lái)，理學(xué)在X射線檢測(cè)領(lǐng)域已深耕七十余載。憑借深厚的技術(shù)積淀與持續(xù)的創(chuàng)新突破，我們構(gòu)建了覆蓋電池產(chǎn)業(yè)全流程、全場(chǎng)景的X射線解決方案體系。如今,理學(xué)的專業(yè)技術(shù)與服務(wù)已賦能全球頂尖電池企業(yè)，從原材料分析到制程優(yōu)化，從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到智能化生產(chǎn)，我們始終以精準(zhǔn)可靠的檢測(cè)技術(shù)為產(chǎn)業(yè)護(hù)航。未來(lái)，理學(xué)將繼續(xù)以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，致力于為全球客戶提供更安全、更高效的解決方案，成為電池行業(yè)值得信賴的技術(shù)伙伴。
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