Thinfilm实现固态锂离子电池量产关键步骤 锂电池技术趋势分析

锂离子电池通过在两个电极（带负电的阴极和带正电的阳极）之间来回穿梭离子来发电。但是，在目前的状态下，它们已经达到极限。负极材料的劣化阻碍了增加锂离子流量的努力，负极材料的劣化在充电和放电期间趋于膨胀和收缩，从而导致更大的应力，从而缩短了电池的使用寿命。

锂离子电池制造的整个过程包括电池组件（电极，电解质和隔板）的生产，电池和模块的生产，电池组的组装以及组件的集成。锂离子电池的主要应用包括电动汽车（EV），电动汽车充电和交换站以及电网服务。

锂离子电池以使锂离子起作用的锂离子运动而闻名，它为当今大多数可充电设备供电。锂元素具有使锂离子电池既轻便又强大的特性。2019年诺贝尔化学奖授予了在1970年代后期帮助他们发展的科学家。但是，尽管锂离子电池得到了广泛使用，但在运行过程中实际上是一个黑匣子，它具有使科学家无法发挥其全部潜能的谜团。

Thinfilm近日宣布实现对生产电子设备至关重要的重要里程碑，该公司位于加利福尼亚州圣何塞的电池工厂已经成功完成了SSLB堆叠关键层在薄膜钢基底上的沉积，并且初步的电气测试已经达到并超出了内部预期。这一成就反映了按计划取得的实质性发展进展，支持了公司提供优质储能和卓越体积能量密度的战略。

薄膜SSLB器件是通过沉积锂基层而形成的，这些锂基层形成了电池的功能“堆栈”，并可以对电池单元进行充电和放电。薄膜的独特制造工艺在超薄不锈钢基板上形成了这些层，与替代制造方法相比，它具有卓越的性能，坚固性和可扩展性。对沉积的电池组进行初步测试的结果证实，薄膜工艺已经接近实现固态锂电池的最大授权能量密度。这将使公司能够提供具有更高体积能量密度的差异化产品，超过现有竞争产品。基于这一成功，尽管COVID-19大流行带来了后勤和运营方面的挑战，

加上Thinfilm较早宣布的与其SSLB技术相关的多项专利申请，这些成就说明了该公司在具有同类产品中体积能量密度最高的超薄，可堆叠毫安小时电池组的商业化方面取得的有意义的进展，从而使Thinfilm能够最大程度地减少电池尺寸并延长电池寿命，以实现更薄，更舒适的可穿戴设备和连接的传感器。

除了技术进步外，公司还积极与领先的OEM和潜在合作伙伴合作，以寻找薄膜SSLB产品的市场机会。市场反馈表明，出色的体积能量密度，广泛的外形尺寸选择，更高的充电/放电循环次数，扩展的低温工作范围以及更高的安全性，可以使ThinfilmSSLB产品与目前使用的纽扣电池和纽扣电池积极地区分开来。目标市场中的现有产品。基于这些讨论，公司确定了可穿戴设备和远程病人监护市场领域的有意义的机会，这些机会可以从Thinfilm的SSLB技术中受益。

Thinfilm首席执行官KevinBarber说：“Thinfilm的技术团队已经实现了使用Thinfilm独特的可扩展不锈钢制造工艺生产SSLB电池的重要里程碑。“通过同时在核心电池堆技术，电池制造以及电池包装和堆叠方面进行创新，Thinfilm专注于交付优质电池产品，以实现可穿戴设备和连接传感器的下一波创新。”

锂离子电池技术趋势

锂离子电池技术日趋成熟，但与铅酸电池相比是一项相对较新的技术，并且由于其提供了高能量密度，高效率，长寿命和低维护成本，因此是一项重大改进。这些电池在电解模型下工作，其中锂金属氧化物阴极和石墨碳阳极置于由溶解在有机碳酸盐中的锂盐组成的电解质中。

GlobalData指出，以下列出了影响水下应用LIB的关键技术趋势。

替换柴油推进系统中的铅酸电池

铅酸电池（LAB）技术，尽管在功率和能量密度方面存在缺点，但作为主推进器的存储能量源或的备用电池，已经生存了一个世纪。然而，越来越高的续航能力和速度要求刺激了基于成熟锂离子电池（LIB）技术的新一代储能技术的发展。的LIB系统可能是该行业的一个里程碑。与众所周知的铅酸电池相比，锂离子电池几乎不需要维护，并且使用寿命更长。

海军集团，TKMS和萨博（Saab）等主要设计人员已对LIB在未来设计中的使用进行了广泛的研究。他们有望在不久的将来发布由LIB驱动的设计。

LIB的石墨烯涂层

广泛应用中的储能经济性，再加上系统成本的下降，很可能会导致电池储能解决方案的快速增长。锂离子电池对于能量存储至关重要。以LIB供电的电动汽车的增长不断增长，导致锂离子技术的进步以及锂基电池价格的稳步下降。

尽管锂离子电池比其他电池储能技术更受欢迎，但石墨烯的引入可能会彻底改变储能技术的利用方式，从而增强其市场潜力。石墨烯不过是一种碳基材料，其厚度仅为一个原子，可用于制造重量轻，经久耐用且适用于高容量储能的电池，并且它们可以快速充电。

最近，三星技术学院（SAIT）和首尔国立大学化学与生物工程学院的研究人员合作设计了一种用于锂离子电池的石墨烯涂层，以使充电速度提高五倍，并提高45％的电池容量。

改进的电池存储技术

预计电池存储将在电动汽车领域的能源转型中发挥关键作用，并且将成为提供灵活性并为电网提供可变可再生能源的重要组成部分。

许多电池化学方法仍然可行，但锂离子电池的发展已引起市场主导，近年来覆盖了95-99％的市场部署。其中大部分可以归功于锂离子镍锰钴（NMC）电池，该电池具有适当的能量密度和功率平衡，并且构成了汽车行业电池电动汽车当前增长的大部分。LG和三星等品牌主要是NMC电池。特斯拉（Tesla）宣传其电池为镍钴铝（NCA）电池。随着这些电池的价格越来越便宜，只需将它们大量堆叠起来，它们就可以长期用于长期应用。锂离子磷酸铁锂（LiFePO4）电池的能量密度也随着时间的推移而不断增加，而成本却出现了类似的下降，这使得LiFePO4也是短时和长时功能的可行候选者。

将电池化学类型更改为Li-S，Li-O或Mg-离子有可能提高能量密度，并确保更快和更多的充电周期。此类改进对于移动应用程序尤其重要。

然而，新型技术和化学材料都面临着与以NCM/A化学药品为基础的传统锂离子电池成本不断下降竞争的挑战。如今，这些电池的低成本和不断提高的能量密度并不是通过在技术上取得突破来超越竞争对手，而是通过对生产方法，工具，速度和效率进行持续，直接的工程优化。

循环寿命更长

经过几千次充电后，典型的锂离子（li-ion）电池组必须更换为新的。但是随着技术的最新发展，这些废旧电池可以继续享有第二，第三甚至第四次寿命。目前，大多数电信塔运营商和公用事业公司都在利用二次电池来优化其运营成本。

电池寿命周期的有效管理可能是水下应用未来的关键。原始设备制造商（OEM）将专注于设计高效的热管理系统和编程使用控制，以延长电池寿命。

快速充电锂离子电池

就对高能量密度和安全可充电电池的需求而言，当前的移动设备和电力运输技术市场正在扩展。

对于锂离子电池，有几种类型的研究将突破锂离子电池的倍率能力的界限。电动汽车（EV）行业尤其需要更高的充电率，据说，这种充电率开始可与内燃机的加油时间相媲美，这将减轻所谓的“里程焦虑”并推动其在电动汽车方面的广泛应用。