目前電池界科學家們似乎都在努力將用于電動車的大型固態(tài)電池商業(yè)化。技術和安全效益的潛力是巨大的，因此對于那些首先在汽車領域真正取得進步的人來說，這將是一大筆收益。

但在電池中使用固態(tài)電解質并不是什么新鮮事。例如，有些較小的應用已經將微型固態(tài)電池商業(yè)化，這些微型固態(tài)電池已集成到筆記本電腦的電路板中或其他電子應用中。

然而，傳統(tǒng)觀點認為，用于制造這些類型的固態(tài)電池的工藝無法經濟高效地擴展至大型的動力電池。

為了更深入了解原因，Charged最近與Ilika Technologies的產品商業(yè)化經理Denis Pasero進行了交談，該公司研究這一問題已有十多年的歷史了。Pasero解釋說，這兩種不同類型的電池需要兩種非常不同的制造工藝。

Ilika成立于2004年，是南安普頓大學化學學院的一個分支機構。從那以后，它發(fā)展迅速，2010年在倫敦證券交易所進行了IPO，目前在美國、中國和以色列都有業(yè)務。

該公司起初是提供材料發(fā)現(xiàn)和優(yōu)化服務，使用高通量設備為OEM開發(fā)新材料和化學品。2008年開始與豐田的合作使Ilika轉向了固態(tài)電解質的方向，現(xiàn)在該公司專注于固態(tài)電池領域。Ilika正在開發(fā)兩種截然不同的電池：Stereax微型電池用于可植入醫(yī)療設備和汽車傳感器等應用；新款Goliath電池和軟包產品系列是針對電動車市場的。

Charged：跟我說說你們的微型電池吧。

Denis Pasero：這些電池的尺寸僅為毫米或平方厘米。它們是扁平電池，我們正在開發(fā)這種電池，以便將其集成到諸如下一代可植入設備中。這些設備需要超小型電池，因為設備本身會進入心臟、肺部、動脈內部。他們需要進行各種傳感和測量，且需要安全的電池，這樣它才不會在體內爆炸。

這是我們發(fā)展的很大一部分，我們?yōu)獒t(yī)療技術以及IoT部門，特別是在工業(yè)環(huán)境中，如何制造出能量密度高又超小型的電池，這些領域變得越來越自動化和網聯(lián)化。我們的邊緣節(jié)點或傳感器數(shù)量不斷增長，它們需要非常小，且你不想定期就更換電池，因此需要一種電池，這種電池使用壽命要很長，并且要很小。

我們正在為各種應用開發(fā)這些電池，但尚未將它們完全商業(yè)化。我們目前正在銷售其他原型電池。例如，在工業(yè)物聯(lián)網領域，位于半導體爐和生長沉積室內的傳感設備。當公司用硅芯片制造晶圓時，他們需要進行大量測量。我們的電池可以在最高150°C的高溫下工作，因此在這些爐內可以很好地工作。

幾周前，我們成功完成了1,500萬英鎊的股權配售，以進行適當?shù)募夹g轉讓并擴大制造工廠。因此，我們有了路線圖，現(xiàn)在有了資金，可以批量生產這些電池。

Charged：你是如何開始研究汽車電池的？

Denis Pasero：我們12年前開始與豐田合作，然后我們離開電動車市場約10年，但在那10年中，我們在材料和工藝方面獲得了很多專業(yè)知識。與此同時，世界也在變化，我們開始了解到，我們的某些固態(tài)電池技術也可以用在電動車中。在過去兩年中，我們啟動了一個開發(fā)這些動力電池的項目。目前，我們得到了英國政府資助，與汽車OEM在電池組、熱管理系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)領域進行了各種合作項目。在這個特定市場上，對于我們來說還處于初期，但我們的目標是明年提供可評估的電芯。

Charged：你是在嘗試將相同的化學配方和制造工藝從微型擴展到更大的電池中，還是在研究一種單獨的配方？

Denis Pasero：這是一個很好的問題。這基本上就是我們首先想到的，能否通過使用相同的化學方法和工藝，從毫瓦時擴大到瓦時。而且，從技術上講，我們可能可以，但價格根本沒有吸引力。某些化學配方非常相似，但要達到對電動車市場有吸引力的價格，工藝必須完全不同。微型電池是在半導體型沉積室中沉積的，而電動車的電池則通過更常規(guī)的印刷技術和油墨等沉積。

并不是說微型電池更簡單，更重要的是使用的設備。半導體行業(yè)已經有了可用的設備，這些設備可用于制造硅芯片大小的電池。這就是為什么我們可以以相似的成本基礎制造這些電池的原因。但這并不是可以用來制造每天千瓦時電池的設備。他們沒有那么大的吞吐量，這是上規(guī)模的東西。半導體行業(yè)的設備將以低廉的價格制造出小巧的東西，但這不適用于制作大長度的卷繞薄膜。

Charged：你們開發(fā)大型固態(tài)電池的方法是什么？

Denis Pasero：我們正試圖通過使用全新的設備和工藝來避免擾亂非?；钴S的鋰電池技術，因此我們希望使用許多類似的設備，例如基于墨水的薄膜在基材上的沉積、干燥和層壓，等等。我們正在嘗試整合鋰電池世界中盡可能多的技術，但會有一些差異。當然，主要區(qū)別在于電解質不是液態(tài)。它甚至不是聚合物或凝膠。我們要生產全固態(tài)的陶瓷薄膜。因此，電解質層的沉積和形成，其與正極和負極層的相互作用，確保界面良好，都需要稍微不同類型的設備。

Charged：你是在開發(fā)這種固態(tài)電解質時考慮到特定的正極和負極配方，還是認為它會根據客戶而有所不同？

Denis Pasero：在此階段，我們正在使用行業(yè)中可用的配方。我們沒有為此目的而發(fā)明新的負極或正極。因此，這與在新工藝中使用當前和未來的材料非常相關。我的意思是說，某種意義上說固態(tài)電池可以更有效地使用高鎳含量的NMC材料，甚至可能僅使用純鋰鎳型材料，實際上比液態(tài)電解質要穩(wěn)定得多。眾所周知，液態(tài)與這種正極之間的界面不是那么穩(wěn)定，但是對于固態(tài)材料來說可能很穩(wěn)定。

我們要做的是全固態(tài)陶瓷膜。凝膠和聚合物電解質有時也稱為固態(tài)，因此令人困惑。但用半固態(tài)來描述它們更合適。我們根本不使用這些。

陶瓷膜的優(yōu)勢在于，我們相信可以達到比聚合物或凝膠型鋰電池更高的能量密度。鋰電池已經發(fā)展了幾十年，能量密度每年都在上升。傳統(tǒng)鋰電池的能量密度似乎存在理論極限，在某些時候會達到平穩(wěn)狀態(tài)。從理論上講，鋰空氣、鋰金屬、鋰硫和固態(tài)等新技術可以達到500Wh/L。當然，我們還沒有到那兒，但有潛力。那就是優(yōu)勢。

困難在于技術層面。你能否確保緊挨著的固態(tài)負極、固態(tài)電解質、固態(tài)正極能夠很好地傳輸鋰離子嗎？這實際上是一個挑戰(zhàn)。你需要使這些層在界面處具有低電阻，因此你要做的是將一層轉換為另一層。如果不這樣做，你的電池就會變得速度慢，高能量卻低功率。這就是挑戰(zhàn)，我們正在努力確保界面和層之間的接觸良好。

Charged：該界面挑戰(zhàn)是否主要涉及化學或制造技術？

Denis Pasero：它是化學和工藝的混合體。通過這一工藝，可以在電池的各個組件之間建立良好的聯(lián)系。但是在界面處也有一些技巧，例如添加其他化學物質，這也很有幫助。

Charged：你們的大尺寸電池的下一步是什么？近期目標是什么？

Denis Pasero：這項工作的頭兩年是由英國政府資助的。這使我們能夠獲得一些alpha原型電芯的基礎。下一步是增加能量密度，并開始將電芯包裝成軟包電池，然后就是電池包。我們確實有合作伙伴渴望評估我們的電池，并尋求更多。但下一步是從alpha電芯到軟包電池，然后在電池包階段開始評估它們。

Charged：你正在尋找什么樣的合作伙伴？

Denis Pasero：我們將始終與最終用戶，既汽車OEM進行交流，因為他們會告訴我們他們的需求，并且我們會從他們的口中獲得規(guī)格。我們正在創(chuàng)建一種生態(tài)系統(tǒng)，我們將其稱為“領導伙伴關系”，這是由那些知道如何設計電池包、如何設計電池管理系統(tǒng)的人構成的，而這在我們的DNA中根本不存在。但我們要做的最后一件事是制作與終端用戶無關的電芯，因此與這些人交談對我們非常有用。

[參考文章]
Scale up micro-solid-state batteries to large EV cells? It's not so simple.