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三星|锂电池|文章来源自：Astroys
2020-03-2609:29:54阅读：16
3月10日，多家媒体报道三星电子（注意，是三星电子，不是三星SDI ，这部分会在后边解释原因）在《自然》杂志上发表了一篇有关全固态电池技术的论文。

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该技术采用了沉积型锂金属负极技术，并解决了影响电池寿命与安全性的枝晶问题，可以使电池尺寸也减半。这里面的一个关键内容是固态代替电解质代替了液态，并且大幅减少了负极材料，随着电解质的固态化安全性得到了提高。
锂金属负极一直都被枝晶问题所困扰，这部分三星采用了银-碳（Ag-C）纳米粒子复合层来解决。通过将复合层的厚度减小至5μm ，可以减小电池总体积，在相同体积下的能量密度自然也得到提升。
据报道说，该技术与传统电池相比，在相同的体积和重量下，可以达到约800㎞续航。电池循环次数为1,000次，这部分或许应该更高一些，理想情况下最好可以保证10年以上的使用寿命。
Ag-C纳米粒子复合层
所以说，三星全固态技术的核心是Ag-C纳米粒子复合层。下图中四个柱形图解释了固态电池开发的演进路径。

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左1是现有的锂电池结构，粗略看来正负极大小接近1:1 。首先是将隔膜和液态电解质（中间蓝色细条部分）转变成固态电解质，转变后就可以称之为全固态电池了。
然后是负极由石墨转变为锂金属（左2）。当负极采用锂金属材料时，负极的体积就会大大减小，电池总体积也随之减小，能量密度增加。电池中锂离子含量代表电池容量的大小，而这取决于正极的大小。
因此在相同体积下正极尺寸增大，能量密度就增加了。但锂金属负极一直存在着枝晶问题，三星电子的新技术则用5μm厚的Ag-C纳米颗粒复合层将负极中锂金属材料替代掉了（右1/2）。
进一步看一下《自然》的那篇论文，首先是电解质的部分，采用的是硫化物固态电解质（SSE）。由于目前业界对该领域进行了较多研究，实现起来似乎并不困难。此外，由于SSE柔软的机械性能，只需采用简单的压制法就可以批量生产。但据说这部分还有些问题待解决，因为在制造过程中会产生硫化氢有毒气体。

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锂金属负极在实际使用过程中会产生枝晶，导致体积膨胀并影响到循环寿命。因此三星选择的方法是去除锂金属材质，论文中说是采用了仅使用集电体而无负极的概念。
因此就需要一种替代原有负极功能的材料，而这个材料就是Ag-C纳米颗粒复合层。根据论文中的描述， Ag可溶于锂，可降低锂的晶核能量，有助于将锂均匀地沉积在集电体上。这部分有点难理解，但效果已经得到验证。

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该复合层中由于使用了银，成本会有所增加，因此就需要减小厚度，并采用碳纳米粒子。但有传闻说碳纳米粒子的量产目前还未得到完全解决。
最近，有一些中小初创企业正在尝试，并可以根据一些情况大概判断可量产的时间。而且这些企业开发的材料大部分都是专门针对电池的正负极材料的。

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比如，像JEIO这家企业计划在未来2年内进行大规模生产投资，有望大幅降低单位价格。如此看来，似乎碳纳米粒子相关的进展也在稳步推进，在未来2年将会取得一些成果。