弗劳恩霍夫研究所为锂离子电池研发稳定型铝阳极

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电极技术。该技术可有效控制充放电过程中存在的体积变化问题，从而使铝能够作为实际电池应用中的阳极材料。

这种铝箔兼具活性材料与导电功能。

图片来源：弗劳恩霍夫IPA/Rainer Bez

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。这种材料价格相对较低、易于获取，且能实现较高的容量。但在实际应用中，该方案因电极所承受的机械应力而受阻：在充放电过程中，铝的体积会发生变化，从而导致裂纹、孔洞的产生，最终使电极材料粉化。其结果便是容量下降以及使用寿命缩短。

弗劳恩霍夫生产技术及自动化研究所IPA现已与斯图加特大学光伏研究所共同开发出一项针对电池电极老化问题的电池及电极技术，并申请了专利。据研究人员称，该技术能够在电池使用过程中稳定材料结构，确保电极在多次充放电循环后仍保持良好的电接触。

弗劳恩霍夫IPA电池与氢能系统及储能技术部门负责人凯·彼得·比尔克表示：“我们让这项早已存在但至今难以掌控的电池技术真正具备了实用价值。”

该方案在阳极中完全摒弃了石墨和硅的使用。这样一来，不仅能够减少被视为欧洲电池产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产生的问题。另一个区别在于电极的结构：其采用市售的铝合金箔作为基础材料，该材料同时兼具活性物质和导电功能，因此无需使用传统阳极中常用的铜箔。

铝合金箔同时充当活性物质与导电体

无需再通过单独的涂覆工艺将活性材料施加到导电体上，这既可降低制造成本，也能减少电极生产过程中的能耗。研究人员提出锂锰氧化物作为可能的负极材料。与铝正极结合使用时，有望实现具有竞争力的能量密度。同时，这种电池的电解液不含磷酸盐，因此可成为锂铁磷酸盐电池的低成本替代品。

此外，铝正极还能与高闪点的电解液溶剂搭配使用。据弗劳恩霍夫研究所称，结合不含氟的锂锰氧化物负极，甚至可以实现完全无氟、进而无PFAS的电池结构，从而避免电池起火时产生氢氟酸的风险。

弗劳恩霍夫研究所认为，这类技术的首批应用将出现在那些对安全性、可靠性以及紧凑结构尤为重视的领域。例如航空货运应用、运输容器的追踪系统以及专用医疗设备等。

对于未来的工业应用而言，重要的是这种电池化学成分能够通过现有的生产设备制造出来。据该研究所称，这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。该研究所在此次公告中尚未公布具体的循环次数以及重量密度或体积能量密度数据。

与此同时，弗劳恩霍夫研究所也在探索其他方法，从材料和结构层面提升电池单元的性能。就在9月，弗劳恩霍夫ISE研究所推出了一种电极厚度显著加大的电池结构。由于导电材料的占比降低，根据不同的电池类型和设计，其能量密度可提高10%至15%。这一方案目前仍处于研究阶段，还需证明其具备工业化大规模生产的可行性。