弗劳恩霍夫研究所实现锂离子电池铝阳极的稳定化

弗劳恩霍夫IPA研究所与斯图加特大学共同开发出一种用于铝阳极的新型电池单元及电极技术。该技术旨在解决此前充放电过程中存在的体积变化问题，从而让铝能够作为实际电池应用中的阳极材料。

铝箔同时兼具活性材料与集流体的功能。

图片来源：弗劳恩霍夫IPA研究所/莱纳·贝兹

长期以来，铝一直被视为锂离子电池中石墨或硅的潜在替代材料。这种材料价格相对低廉、易于获取，且具有较高的容量。然而在实际应用中，由于电极会承受机械应力，这一方案至今仍未成功：在充放电过程中，铝的体积会发生变化，从而导致电极材料出现裂纹、孔洞，最终甚至粉碎。其结果是电池容量下降且使用寿命缩短。

弗劳恩霍夫制造工程与自动化研究所IPA与斯图加特大学光伏研究所共同开发出一种电池单元及电极技术，并已申请专利，用以解决这些老化问题。研究人员表示，该技术能够在运行过程中稳定材料，并在多次充放电循环中保持电极间的电接触。

弗劳恩霍夫IPA电池、氢能系统与储能技术部门科学主任凯·彼得·比尔克在一份德语新闻稿中表示：“我们正在打造一种早已存在但难以实现实际可控应用的电池技术。”

该技术可完全去除阳极中的石墨和硅。这不仅能够减少作为欧洲电池行业关键原材料的石墨需求，还能避免高硅含量阳极因体积变化过大而引发的问题。另一处不同之处在于电极的结构：所用起始材料为市售的合金铝箔，它同时兼具活性物质和集流体的功能，因此无需使用传统阳极中常用的铜箔。

铝箔同时充当活性物质和集流体

用于将活性材料涂覆在集流体上的单独涂层工艺也被省去了。预计这既能降低电极制造过程中的成本，又能减少能耗。研究人员指出氧化锂锰（LMO）可能用作正极材料；与铝负极结合使用时，可实现具有竞争力的能量密度。同时，这种电池的化学体系不含磷酸盐，因此可成为磷酸铁锂电池的一种经济型替代方案。

铝负极还可以与闪点较高的电解质溶剂搭配使用。弗劳恩霍夫研究所表示，结合不含氟的氧化锂锰正极，甚至有可能打造出完全不含氟、进而也不含PFAS的电池结构。这样一来还能避免电池起火时生成氢氟酸的风险。

弗劳恩霍夫研究所认为，该技术的初期应用主要体现在那些对安全性、可靠性以及紧凑安装空间有极高要求的领域。这些领域包括航空货运应用、运输集装箱的追踪系统以及专用医疗设备等。

就未来的工业应用而言，重要的是这种电池单元的化学成分能够通过现有的生产设施制造出来。据该研究所称，因此无需对生产基础设施进行彻底重建。目前已有多款原型机被制造出来，并正在弗劳恩霍夫IPA的数字化电池单元生产中心进行测试。在该研究所目前的公告中，尚未公布具体的循环次数以及比重量或比体积能量密度等详细数据。

与此同时，弗劳恩霍夫研究所也在从材料与结构层面探索进一步改进电池单元的方法。9月，弗劳恩霍夫ISE研究所展示了一种电极厚度显著加大的电池结构。通过减少集流体的比例，根据电池类型和设计的不同，其能量密度可提升10%至15%。这一方法目前仍处于研究阶段，首先需要证明其具备工业化生产的可行性。