前不久,材料創新與應用公司Lyten已向Stellantis和其他美國和歐盟汽車制造商發運6.5 Ah鋰硫(Li-S)袋式電池A樣進行測試。
Lyten發運的鋰硫袋式電池樣品(3C放電倍率,25°C)是美國和歐洲汽車制造商對鋰硫電池進行商業評估的重要一步。
“這一里程碑是萊頓團隊多年辛勤工作和創新的結果,我們才剛剛開始進一步擴大鋰硫電池性能,”萊頓首席執行官兼聯合創始人丹·庫克(Dan Cook)說。
雖然鋰電池一直是電池行業的明星,但容量、安全等固有的不足,促使人們不斷在尋找替代品。鈉離子電池性能與鋰離子電池相似,但因鈉資源的豐富而成本更低;鋁空氣電池繼續因其高能量密度潛力而引起人們的關注;能量密度更大,重量更輕、安全性更好的鋰硫電池也吸引了創新者和投資者的興趣。
電池新星
鋰硫電池(Lithium Sulfur Battries,Li-S batteries)由硫復合陰極、金屬鋰陽極和兩者之間的電解質組成。
今年年初發表于《IEEE Access》雜志上的一項研究表明,在對鋰離子電池、硅聚丙烯腈(SiCPAN)電池、硅納米線(SiNW))電池、全固態電池和鋰硫電池五種電池進行分析后發現,鋰硫電池是最環保的電動汽車電池。
Lyten 認為其鋰硫電池有以下優勢:
首先,是能量密度。Lyten 聲稱,其鋰硫配方的電池能量密度是三元鋰(鎳鈷錳)電池的兩倍。就電動汽車應用而言,這意味在相同的體積和重量下,鋰硫電池能存儲并供應更多的電能,為電動汽車提供更長的行駛里程。據第三方測算,到2028年,更換Lyten的鋰硫電池后,五大領先的電動汽車品牌整車電池可平均減重170kg。
3D石墨烯,來源是甲烷中的碳▼
其次,是更安全,這種LytCell EV鋰硫電池對過充和穿刺失效模式有很強的抵抗力,無需使用可能導致失控熱反應的氧化物。
第三,是成本更低。Lyten 使用硫和專有的3D石墨烯(3D Graphene)制造陰極,這是一種從天然氣中提取的專利可調低碳超材料,已經通過獨立驗證,在大規模生產時實現了碳中和。
采用3D石墨烯,就無需在陰極中使用鎳、鈷和錳等關鍵礦物質。鋰硫電池陽極是一種鋰金屬復合材料,無需石墨。因此,鋰硫電池材料和制造成本,即使與低成本的磷酸鐵鋰(LFP)相比,也具有競爭力。
另外,這種新電池只需進行小幅修改,就可使用現有鋰離子電池設備制造。
第三是減少碳排放。根據 Lyten 的計算,去掉鈷和其他關鍵材料后,與電池制造相關的能源將大幅減少。LytCell EV鋰硫電池的碳足跡,估計比同類最佳的鋰離子電池低60%以上,比固態電池低40%。而Lyten獨特的熱塑性配方LytR,可減少高達50%的材料用量,同時保持或提高強度和性能,從而需要更少的聚乙烯材料,減少碳足跡高達55%。
第四是供應鏈可靠性。Lyten 表示,從陰極和陽極中去除鎳、鈷和石墨意味著大規模簡化供應鏈,使得電池可以在任何地方生產,并且材料清單比鋰離子電池降低了50%。
Lyten的首席電池技術官西莉娜·米科拉杰克(Celina Mikolajczak)強調了這項技術的更廣泛影響:“世界需要一種實用的大眾市場電池,這就是我們用鋰硫技術所建造的電池。大規模電氣化和凈零目標需要更高能量密度、更輕重量和更低成本的電池,這些電池可以大規模地使用當地豐富的材料來生產和供應。”
克服瓶頸
鋰硫電池雖然在理論上展現出卓越的性能,但在現實操作條件下面臨與循環壽命和穩定性有關的問題,但Lyten表示,它已經解決了其鋰硫電動汽車電池的這些挑戰。
Lyten將其專有的3D石墨烯結構集成到Li-S電池的陰極中。這種結構增強了電池的整體穩定性和導電性,解決了常見的問題,如多硫化物穿梭效應,這通常會導致Li-S電池的快速容量損失。
來自陰極的長鏈多硫化物擴散到陽極,并在那里進一步還原為較短鏈的多硫化物,然后擴散回陰極,并再次被氧化為長鏈多硫化物▼
所謂多硫化物穿梭效應,指的是在充放電過程中,陰極產生的多硫化物(Li2Sx)中間體溶解到電解液中,不僅會導致正極硫活性物質的流失,還會通過隔膜擴散到陽極,被鋰還原生成不溶的Li2S2和Li2S附著在陽極表面。
這種穿梭效應不僅降低了硫的利用率,限制了比容量,還會降低鋰硫電池的循環穩定性,最終造成了電池中有效物質的不可逆損失,更可能引起電池內部結構的微妙變化,導致電池壽命的衰減。
為了解決多硫化物穿梭效應的問題,研究者們提出了多種策略,而Lyten在其鋰硫電池的陰極中采用了其專利的3D石墨稀結構——Lyten 3D Graphene™。
Lyten 3D Graphene™在許多有價值的性能上與2D石墨烯相似,但其化學和電氣活性要高幾個數量級,同時其三維形態使其具有高度可調性。開發3D石墨烯材料的工藝和設備是Lyten的專利技術發明,已獲得專利。
這種結構提高了電池的整體穩定性和導電性,解決了常見的多硫化物穿梭效應問題。這種設計還可以幫助提高電池的整體能量密度,同時潛在地減少隨著時間的推移而發生的降解。
3D石墨稀是實現Lyten鋰硫電池的關鍵材料創新,是一種脫碳超級材料。該材料是通過將溫室氣體甲烷分解成固體碳和清潔氫氣來獲取的。其獨特強度、重量和電導性可用于在最難減碳的行業(包括汽車、航空航天、建筑、工業和物流)的產品制造。
此外,Lyten還使用鋰金屬復合材料作為陽極,而不是傳統的石墨,提高了陽極的穩定性和效率,還有助于提高電池的整體能量密度,同時有可能隨著時間的推移減少劣化。
量產進程
Lyten是一家2015年成立的材料創新與應用公司,由來自汽車、能源、電池、半導體、制造和國防領域的一群經驗豐富的高管領導。該公司擁有超過415項已授予或懸而未決的專利,目前正在加利福尼亞州圣何塞生產Lyten Graphene™材料及LytCell™電動汽車電池。
其在加州圣何塞的半自動化試生產線于2023年5月上線,可使用標準的鋰離子制造設備和工藝生產鋰硫電池。該生產線能夠為汽車原始設備制造商提供 A 樣和 B 樣,并為小批量客戶提供完全商用的電池。
該公司既生產鋰硫袋式電池,也生產圓柱形電池(2170和18650),目前正在向客戶發運6.5 Ah袋式電池樣品。今年晚些時候,Lyten計劃今年晚些時候發運圓柱形A樣品供評估。
Lyten的第一座大規模工廠目前正在與特納建筑公司(Turner Construction)和SSOE合作設計,用于生產汽車動力電池C樣品及更高級別的電池。
至于誰將成為這些新型電動汽車電池的早期采用者,Lyten 在新聞稿中提到了 Stellantis 公司,該公司的潛在交付目標還包括 20 多家尚未命名的客戶。
2023年5月,Stellantis在宣布已投資Lyten的鋰硫電池開發。2024年2月,克萊斯勒宣布將在其Halcyon概念電動車中采用Lyten的Li-S電池。
目前,Lyten已經向一家美國大型消費電子公司運送了樣品,計劃在5月向美國國防部交付電池,并計劃在2024年第二季度和第三季度向20多個潛在客戶交付樣品進行商業評估。Lyten目前的目標是今年向航空航天和國防客戶提供商業用途電池。
Lyten已經籌集了超過4.1億美元的股權資本,包括來自Stellantis、FedEx、Honeywell、Walbridge和Prime Movers Lab的投資。
美國能源部也向Lyten提供了400萬美元資金,以加速其研發進程。根據這項撥款,Lyten 將與斯坦福大學、德克薩斯大學奧斯汀分校以及 Arcadium Lithium 公司(由 Livent 和 Allkem 合并而成)合作,旨在加速鋰硫電池的生產。
從運送A樣到主機廠測試,其實離商業化生產還有很長的路要走,因為A樣滿足基本功能,B樣電性能、循環性能、尺寸滿足要求,C樣需要滿足安全要求,到了D樣才能達到量產要求。
不過,對于新型電動汽車電池來說,這仍然是一個重要里程碑。正如Lyten所描述的,A樣裝運 “啟動”了通往大眾市場的一系列步驟。
Lyten發運的鋰硫袋式電池樣品(3C放電倍率,25°C)是美國和歐洲汽車制造商對鋰硫電池進行商業評估的重要一步。
“這一里程碑是萊頓團隊多年辛勤工作和創新的結果,我們才剛剛開始進一步擴大鋰硫電池性能,”萊頓首席執行官兼聯合創始人丹·庫克(Dan Cook)說。
雖然鋰電池一直是電池行業的明星,但容量、安全等固有的不足,促使人們不斷在尋找替代品。鈉離子電池性能與鋰離子電池相似,但因鈉資源的豐富而成本更低;鋁空氣電池繼續因其高能量密度潛力而引起人們的關注;能量密度更大,重量更輕、安全性更好的鋰硫電池也吸引了創新者和投資者的興趣。
電池新星
鋰硫電池(Lithium Sulfur Battries,Li-S batteries)由硫復合陰極、金屬鋰陽極和兩者之間的電解質組成。
今年年初發表于《IEEE Access》雜志上的一項研究表明,在對鋰離子電池、硅聚丙烯腈(SiCPAN)電池、硅納米線(SiNW))電池、全固態電池和鋰硫電池五種電池進行分析后發現,鋰硫電池是最環保的電動汽車電池。
Lyten 認為其鋰硫電池有以下優勢:
首先,是能量密度。Lyten 聲稱,其鋰硫配方的電池能量密度是三元鋰(鎳鈷錳)電池的兩倍。就電動汽車應用而言,這意味在相同的體積和重量下,鋰硫電池能存儲并供應更多的電能,為電動汽車提供更長的行駛里程。據第三方測算,到2028年,更換Lyten的鋰硫電池后,五大領先的電動汽車品牌整車電池可平均減重170kg。
3D石墨烯,來源是甲烷中的碳▼
其次,是更安全,這種LytCell EV鋰硫電池對過充和穿刺失效模式有很強的抵抗力,無需使用可能導致失控熱反應的氧化物。
第三,是成本更低。Lyten 使用硫和專有的3D石墨烯(3D Graphene)制造陰極,這是一種從天然氣中提取的專利可調低碳超材料,已經通過獨立驗證,在大規模生產時實現了碳中和。
采用3D石墨烯,就無需在陰極中使用鎳、鈷和錳等關鍵礦物質。鋰硫電池陽極是一種鋰金屬復合材料,無需石墨。因此,鋰硫電池材料和制造成本,即使與低成本的磷酸鐵鋰(LFP)相比,也具有競爭力。
另外,這種新電池只需進行小幅修改,就可使用現有鋰離子電池設備制造。
第三是減少碳排放。根據 Lyten 的計算,去掉鈷和其他關鍵材料后,與電池制造相關的能源將大幅減少。LytCell EV鋰硫電池的碳足跡,估計比同類最佳的鋰離子電池低60%以上,比固態電池低40%。而Lyten獨特的熱塑性配方LytR,可減少高達50%的材料用量,同時保持或提高強度和性能,從而需要更少的聚乙烯材料,減少碳足跡高達55%。
第四是供應鏈可靠性。Lyten 表示,從陰極和陽極中去除鎳、鈷和石墨意味著大規模簡化供應鏈,使得電池可以在任何地方生產,并且材料清單比鋰離子電池降低了50%。
Lyten的首席電池技術官西莉娜·米科拉杰克(Celina Mikolajczak)強調了這項技術的更廣泛影響:“世界需要一種實用的大眾市場電池,這就是我們用鋰硫技術所建造的電池。大規模電氣化和凈零目標需要更高能量密度、更輕重量和更低成本的電池,這些電池可以大規模地使用當地豐富的材料來生產和供應。”
克服瓶頸
鋰硫電池雖然在理論上展現出卓越的性能,但在現實操作條件下面臨與循環壽命和穩定性有關的問題,但Lyten表示,它已經解決了其鋰硫電動汽車電池的這些挑戰。
Lyten將其專有的3D石墨烯結構集成到Li-S電池的陰極中。這種結構增強了電池的整體穩定性和導電性,解決了常見的問題,如多硫化物穿梭效應,這通常會導致Li-S電池的快速容量損失。
來自陰極的長鏈多硫化物擴散到陽極,并在那里進一步還原為較短鏈的多硫化物,然后擴散回陰極,并再次被氧化為長鏈多硫化物▼
所謂多硫化物穿梭效應,指的是在充放電過程中,陰極產生的多硫化物(Li2Sx)中間體溶解到電解液中,不僅會導致正極硫活性物質的流失,還會通過隔膜擴散到陽極,被鋰還原生成不溶的Li2S2和Li2S附著在陽極表面。
這種穿梭效應不僅降低了硫的利用率,限制了比容量,還會降低鋰硫電池的循環穩定性,最終造成了電池中有效物質的不可逆損失,更可能引起電池內部結構的微妙變化,導致電池壽命的衰減。
為了解決多硫化物穿梭效應的問題,研究者們提出了多種策略,而Lyten在其鋰硫電池的陰極中采用了其專利的3D石墨稀結構——Lyten 3D Graphene™。
Lyten 3D Graphene™在許多有價值的性能上與2D石墨烯相似,但其化學和電氣活性要高幾個數量級,同時其三維形態使其具有高度可調性。開發3D石墨烯材料的工藝和設備是Lyten的專利技術發明,已獲得專利。
這種結構提高了電池的整體穩定性和導電性,解決了常見的多硫化物穿梭效應問題。這種設計還可以幫助提高電池的整體能量密度,同時潛在地減少隨著時間的推移而發生的降解。
3D石墨稀是實現Lyten鋰硫電池的關鍵材料創新,是一種脫碳超級材料。該材料是通過將溫室氣體甲烷分解成固體碳和清潔氫氣來獲取的。其獨特強度、重量和電導性可用于在最難減碳的行業(包括汽車、航空航天、建筑、工業和物流)的產品制造。
此外,Lyten還使用鋰金屬復合材料作為陽極,而不是傳統的石墨,提高了陽極的穩定性和效率,還有助于提高電池的整體能量密度,同時有可能隨著時間的推移減少劣化。
量產進程
Lyten是一家2015年成立的材料創新與應用公司,由來自汽車、能源、電池、半導體、制造和國防領域的一群經驗豐富的高管領導。該公司擁有超過415項已授予或懸而未決的專利,目前正在加利福尼亞州圣何塞生產Lyten Graphene™材料及LytCell™電動汽車電池。
其在加州圣何塞的半自動化試生產線于2023年5月上線,可使用標準的鋰離子制造設備和工藝生產鋰硫電池。該生產線能夠為汽車原始設備制造商提供 A 樣和 B 樣,并為小批量客戶提供完全商用的電池。
該公司既生產鋰硫袋式電池,也生產圓柱形電池(2170和18650),目前正在向客戶發運6.5 Ah袋式電池樣品。今年晚些時候,Lyten計劃今年晚些時候發運圓柱形A樣品供評估。
Lyten的第一座大規模工廠目前正在與特納建筑公司(Turner Construction)和SSOE合作設計,用于生產汽車動力電池C樣品及更高級別的電池。
至于誰將成為這些新型電動汽車電池的早期采用者,Lyten 在新聞稿中提到了 Stellantis 公司,該公司的潛在交付目標還包括 20 多家尚未命名的客戶。
2023年5月,Stellantis在宣布已投資Lyten的鋰硫電池開發。2024年2月,克萊斯勒宣布將在其Halcyon概念電動車中采用Lyten的Li-S電池。
目前,Lyten已經向一家美國大型消費電子公司運送了樣品,計劃在5月向美國國防部交付電池,并計劃在2024年第二季度和第三季度向20多個潛在客戶交付樣品進行商業評估。Lyten目前的目標是今年向航空航天和國防客戶提供商業用途電池。
Lyten已經籌集了超過4.1億美元的股權資本,包括來自Stellantis、FedEx、Honeywell、Walbridge和Prime Movers Lab的投資。
美國能源部也向Lyten提供了400萬美元資金,以加速其研發進程。根據這項撥款,Lyten 將與斯坦福大學、德克薩斯大學奧斯汀分校以及 Arcadium Lithium 公司(由 Livent 和 Allkem 合并而成)合作,旨在加速鋰硫電池的生產。
從運送A樣到主機廠測試,其實離商業化生產還有很長的路要走,因為A樣滿足基本功能,B樣電性能、循環性能、尺寸滿足要求,C樣需要滿足安全要求,到了D樣才能達到量產要求。
不過,對于新型電動汽車電池來說,這仍然是一個重要里程碑。正如Lyten所描述的,A樣裝運 “啟動”了通往大眾市場的一系列步驟。