
当下,全球碳中和进程加速,储能需求激增,但传统锂离子电池的“易燃体质”和能量密度瓶颈,始终是悬在行业头顶的达摩克利斯之剑。全固态电池(ASSB)凭借固态电解质彻底消除起火风险,并将能量密度提升至现有技术的2-3倍,被视为能源存储的“终极答案”。
然而,这一技术长期受困于两大难题:固态材料致密化不足导致锂离子传输效率低下,多层电芯结构松散难以规模化生产。
近日,Quintus宣布与芝加哥大学能源存储与转化实验室(LESC)、加州大学圣地亚哥分校达成战略合作,以 MIB 120温等静压电池压机为突破口,试图改写全固态电池商业化进程。
为何传统压制工艺“力不从心”
全固态电池的核心是用固态陶瓷电解质替代液态电解液,但固态材料间的接触天然存在“缝隙”。芝加哥大学孟颖教授(阿贡国家实验室首席科学家)指出:“虽然目前在预防电池起火方面,工程技术已取得显著进展,但下一代全固态电池通过去除封闭系统中的易燃液体,能够进一步降低起火隐患。”
传统单轴压制技术(如压延或热压)只能单向施压,导致材料受力不均。孟教授解释说:“在电池中使用固态陶瓷替代液态电解液,不仅有望提高电池的安全性,还能增加能量密度和充电性能。因此,温等静压技术被视作实现颗粒间充分接触的关键工艺。"
破局利器:MIB 120温等静压设备
Quintus MIB 120
此次合作的核心是Quintus专为电池研发设计的MIB 120温等静压电池压机。该设备通过高温+高压协同作用,使其在解决限制当前全固态电池技术发展的致密化与结构稳定性难题方面独具优势。该技术突破为多层电芯设计带来了新的可能,也加快了全固态电池从实验室研发走向规模化量产的进程:
1. 高温高压双重加持,实现“分子级焊接”
• 压力参数:最高压力600兆帕(约8.7万psi),足以将陶瓷颗粒紧密压实。
• 温度参数:加热至140℃,软化固态电解质材料,使其在高压下更易流动填充间隙。
2.实验室与量产无缝衔接
MIB 120的工艺参数与Quintus工业级压机完全兼容。实验室中验证的压制条件(如压力、温度曲线)可直接用于量产设备,避免传统研发中“实验室成功,工厂翻车”的尴尬。
3. 安全与便捷:学术研究的“理想工具”
• 安全性:严格遵循ASME压力容器规范,配备多重安全锁,确保高压实验零事故。
• 体积优化:占地面积极小,无需复杂配套设备,适合实验室有限空间。
• 操作友好:触屏界面一键启动,支持自定义压力 - 温度曲线,满足不同材料的实验需求。
目前,孟颖教授团队已采购MIB 120设备,计划于2025年7月在芝加哥实验室投入使用。她评价:"在LG新能源前沿研究实验室的支持下,我们购置了Quintus电池压机。这对于学术研究人员在可控变量的情况下进行多层全固态电池堆叠至关重要。借助这项电池组装技术的进步,我们将致力于开展对全固态电池更具关键意义、相关性和影响力的基础研究。我们衷心感谢Quintus团队在这项开放式创新工作中的合作。"
产学研深度融合:三大优势助力
全固态电池的研发涉及材料科学、电化学、机械工程等多学科交叉,单靠企业或高校难以突破。此次Quintus与顶尖实验室的合作,展现了产学研深度融合的三大优势:
? 资源共享:工业级平台赋能科研
Quintus美国电池应用中心(位于俄亥俄州哥伦布市)向学术团队开放了全套实验设施。研究人员可在此与Quintus工程师联合优化工艺参数,甚至直接测试新型电解质材料。孟颖教授表示:“以往我们需要自行搭建设备,耗时费力。现在直接利用工业级平台,效率提升至少3倍。”
? 数据互通:打破实验室与工厂的“信息孤岛”
MIB 120设备内置传感器,可实时记录压力、温度、材料形变等数据。这些数据不仅用于学术论文,还会反馈至Quintus的工程团队,指导下一代设备改进。Quintus CEO Johan Hjärne透露:“孟教授团队对孔隙率的量化分析,帮助我们优化了压力施加算法,这是纯商业研发难以获得的洞察。”
? 风险共担:让学术研究“敢想敢做”
全固态电池的材料体系复杂,从硫化物、氧化物到聚合物电解质,各有优劣。Quintus为实验室提供免费设备试用和技术支持,降低了学术团队试错成本。孟颖教授举例:“我们曾尝试用氯化物固态电解质,虽最终因稳定性问题放弃,但过程中积累的数据为其他团队提供了宝贵参考。
合作展望:从实验室到量产,加速商业化
目前,全球头部企业和研究机构正争相布局全固态电池。Quintus与LESC的合作,标志着这一领域从“实验室创新”向“产业化落地”迈出关键一步。孟颖教授团队计划依托MIB 120设备,开展更具影响力的基础研究,进一步解决能量密度和快充性能等核心问题。
Quintus首席执行官Johan Hjärne表示:"孟教授是全球全固态电池(ASSB)领域的顶尖科学家之一,我们很高兴能与她展开合作。这一合作将为Quintus超级工厂的设备发展开辟新道路,显著提高生产效率和多层电芯处理能力。Quintus电池压机为解决其他生产技术存在的诸多问题,提供了一条可持续、可靠且安全的途径。我们诚邀电池行业的同仁与孟教授团队及Quintus的电池工艺专家深入交流,以获取更多信息。"
关于能源存储与转换实验室(LESC)
能源存储与转换实验室(LESC)由加州大学圣地亚哥分校纳米工程系与芝加哥大学联合设立,致力于为先进能源存储与转换系统设计和开发新型功能纳米材料及纳米结构。将原材料转化为可用能源并实现高效存储,是日常生活中的常见需求。开发新型材料以突破现有技术瓶颈,已成为21世纪的关键科技挑战。相关技术进步将有助于制造体积更小、性能更强的电池,并提高可持续能源的利用效率。LESC实验室的研究重点是将创新实验技术与第一性原理计算方法直接结合,实现材料的理性表征与设计。