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24M公司半固态浆料电池（高镍/石墨、铁锂/石墨体系）测试数据

时间：2023-11-13 来源： 浏览：

24M公司半固态浆料电池（高镍/石墨、铁锂/石墨体系）测试数据

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编者荐语：

最近，24M推出了Electrode-to-Pack技术（24M ETOP™），即从电极直接到PACK的技术，其特点是电极直接封装到电池组中，无需单独的电池和模块。

以下文章来源于下一代电池 ，作者DL

下一代电池 .

介绍下一代电池及相关技术

一直在关注 Solid Power 、 Quantum Scape 等全固态电池公司，而另外一家美国公司 24M 则一直宣称是半固态电池的代表，而此 “ 半固态电池 ” 技术和国内的 “ 半固态电池 ” 技术则显然不同，本文将从 24M 公司及其创始人、公司核心技术、近期看到 24M 的一份公开报告中的数据，对 24M 公司进行一些介绍。
1 、 24M 公司及蒋业明教授
24M 公司由美国麻省理工学院蒋业明教授于 2010 年创立，正是由于这位明星教授， 24M 自创立之初就受到了极大的关注，目前已得到包括大众汽车、伊藤忠商社、京瓷等公司的投资，在中国， 24M 主要是和安徽安瓦科技进行合作。
蒋教授是电池领域国际知名的科学家，今年 65 岁，是 MIT 材料科学与工程系的教授，其利用 MIT 的研究成果一共创立了多家公司，最著名的当属 2001 年创立的 A123 公司，其参与创立的公司包括： American Superconductor Corporation (1987), A123 Systems (2001) , 24M Technologies (2010) , Desktop Metal (2015), Form Energy (2017) , and Sublime Systems (2020) ，更多的信息大家可以自行上网查询。
2 、 24M 公司核心技术
24M公司的半固态电池全称是叫做“ Semi-Solid Flow Cells (SSFCs) ”，从其示意图可以看出，其更接近液流电池，但是结合其实际电池封装形式，就能大概理解此半固态电池的概念。24M公司电池设计及制造工艺核心在于一下几点：

1） Electrode-to-Pack即电极到电池包的技术（24M ETOP™）

目前的锂离子电池在电池外壳内有很大一部分非活性的材料-支持金属和塑料等。这些非活性材料降低了模块和能量密度，并增加了不必要的费用。 24M推出了Electrode-to-Pack技术（24M ETOP™），即从电极直接到PACK的技术，其特点是电极直接封装到电池包中，无需单独的电池和模块。 通过24 M单体电池设计，24 M ETOP™技术消除了电池组中不必要的电池材料，使制造商能够在降低成本的同时实现电池组级别的最高能量密度。

2） 厚电极结构
相较于传统电极， 24M 电极电极更厚（ 300-500μm ），电极面容量可以做到 6-12mAh/cm2 （今年报告中的数据， 2020 年时公司宣称的是 7-14 mAh/cm2 ），如此厚的电极必然要求电极的曲折度非常低，而且电极具有较好的柔韧度。
按照蒋教授文章的介绍， 电极浆料是直接将电极活性物质和导电剂直接分散在电解液中制得的， 而专利（US9831519）则有电极更为详细的介绍。基于此电极设计似乎做出单层扣式电池使用也是不错的选择。
由于电极设计的作用，相较于传统电极设计， 24M 公司电池的 BOM 成本能降低 25-40% 。
3） 电极及电池制造工艺
相较于传统电池的 15 步关键工序， 24M 公司的电池制备工序可以减少到 5 步 ，从制造的角度来看，一方面减少了例如溶剂等材料的应用，另一方面制造设备、场地及制造过程的成本也会大大降低。

24 M ETOP系统改进优势还包括：

  • 性能：电极（非电池）封装效率超过70%，是目前最高的封装级体积利用率。

  • 费用：除了简化工艺和减少材料使用外，它还使单元电极能够以串联和并联的组合方式连接-这是行业首创。通过消除额外的连接部件，它还进一步降低了整体包装成本。

  • 续航里程和循环寿命：更高的封装效率和能量密度为EV和ESS应用提供了优势，提高了续航里程和容量。

  • 安全性：24 M半固体电极和单电池技术在受到机械滥用时具有无与伦比的安全性。

  • 包装设计灵活性：24M单体可直接在电池内串联、并联以及串联和并联的组合，从而不再受单个电池的 电压（V）和容量（Ah）约束或限制。

3 、电池数据
24M 前期释放了两个不同体系的电池数据， 三元（高镍） / 石墨体系主要面对车用领域，而磷酸铁锂 / 石墨则是可以同时满足车用领域和储能领域 。
1） 高镍 811/ 石墨 Gr 体系电池
高镍 / 石墨体系电池设计容量 52Ah ，电极面容量可以达到 9.7mAh/cm2 ，电池提供了两种循环表现，常规循环制度充电是 C/4 ，放电是 C/3 ，这么小的倍率条件应该是受高面容量电极的限制， 电池目前跑了 900 周容量保持率约 85% ，寿命超过 1000 次基本没有问题 ；另一是按照 USABC 中的 DST 工况循环， 1000 次工况循环的容量保持率和常规循环制度基本相当。
同时，电池也进行了几项安全测试，包括 过充、内短路、外短路、过放、挤压、热箱和 ARC ，测试方法也比一般的标准更为严苛，其中内短路并不是常见的贯穿针刺，从方法描述看应该是 0.1mm 浅刺，但是放大看图片，这个 “pin” 是一圈针所组成的 。有了解此方法标准的朋友可以私信我。
2） 磷酸铁锂 / 石墨体系电池
报告提供了软包和方形两款电池的铁锂电池设计，电极面容量分别达到 9 和 8mAh/cm2 ，因此电池充放电循环制度也都是采用小倍率的 C/4 充和 C/4 放， 2014 年的软包电池额定 5.5Ah ，目前电池循环至大约 8000 周，预计 10000 周电池容量保持率 75% ； 2018 年的方形电池额定容量 110Ah ，可能由于面容量稍低，且后期有可能做了一定改善，其循环性能也更好， 预计电池循环 13000 周容量保持率能达到 75% 。
24M 的半固态电池和传统我们理解的 “ 半固态 ” 存在明显的差异，其对电池的安全并未见显著的改善，但是，其高面容量的设计，以及电极电池的工艺却是颠覆性的。
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