$QuantumScape(QS)$ QS合作伙伴康宁公司官网技术文章：采用固体电解质隔膜的锂金属电池已成为本世纪最令人期待的能源发展趋势之一（虽未明言，但锂金属电池、锂石榴石等关键词都指向QS）

它们尚未在大众市场普及，但环保人士和科技专家已经称赞它们是可靠的动力来源，可以为从消费电子产品到下一代电动汽车等各种产品提供动力。专家认为，它们将有助于社会向更绿色、更少依赖碳排放的经济转型。但众所周知，它们的制造难度极大。

但康宁在陶瓷科学和制造方面的深厚知识，使该公司能够突破一些实际障碍，并在未来几年内把握下一代电池发展趋势带来的机遇。锂金属电池为何如此令人兴奋？

首先，它们是自近30年前可充电锂离子电池问世以来，移动储能领域取得的首次重大变革。爱好者们认为，采用陶瓷隔膜的锂金属电池不仅拥有更长的电池寿命，在某些情况下还能实现更轻的体积，并且由于减少了与锂金属接触的易燃液体，其热稳定性也得到了显著提升。
要理解其中的原因，我们不妨从电池的基本结构入手。所有电池都包含多层结构，这些结构共同营造了一个复杂的电化学反应环境——而这些反应最终会释放能量。

锂离子电池——就像你现在手机和平板电脑使用的那种——由还原性阳极（通常由石墨制成）和氧化性阴极（由锂和其他化学物质制成）组成。一层含有液态电解质的多孔聚合物隔膜阻止了这两层直接接触。锂离子在隔膜层间的迁移会引发电化学反应，进而释放能量为设备供电。
锂是一种轻质金属，由于它不像石墨那样具有惰性结构，不会占用电池内部空间，因此是电池应用中的理想阳极材料。但锂的反应活性很高，在使用和充电过程中容易形成“枝晶”。这些枝晶会腐蚀目前锂离子电池中使用的传统隔膜，导致内部短路，最终造成电池失效，在某些情况下甚至会引发火灾。

锂金属电池也是内置层结构。固体电解质隔膜和阳极层（顾名思义，由纯锂金属制成）也可以非常薄，使得电池比具有相同能量（运行时间或续航里程）的锂离子电池更小。

挑战在于如何找到合适的元素组合，以安全地承载通过狭小空间的巨大能量，并以经济实惠的方式制造电池。过去五年，康宁公司的科学家们一直在测试有前景的新解决方案，以应对这两个难题。
在材料方面，康宁公司对锂石榴石尤为感兴趣，之所以这样命名，是因为它的晶体结构与深红色宝石石榴石相似。带状陶瓷项目主管斯科特·西伦斯博士表示，锂石榴石是锂离子的良好导体，可以有效地替代含有液态电解质的聚合物隔膜。

此外，锂石榴石对锂金属（电池的薄而轻的负极材料）也很稳定。

他说：“锂石榴石是极少数能够与锂金属一起作为负极材料而不发生性能退化，从而延长电池寿命的材料之一。当它稳定时，你可以多次使用和充电。”

康宁公司的科学家们也喜欢锂石榴石，因为它与康宁®带状陶瓷制造平台兼容——这是一种革命性的方法，可以在高效的卷对卷工艺中制造宽而薄的材料。

在带状陶瓷平台上生产的锂石榴石仍处于研发阶段。但研究团队认为，厚度仅为20微米的超薄锂石榴石片可以用于在锂金属电池中堆叠许多超薄层，从而使锂电池的储能容量比目前的锂电池提高50%以上。

“我们对锂石榴石感到兴奋，因为我们可以将其应用于实际用途，”高级研究员迈克·巴丁博士说。“而使其发挥作用的方法之一就是采用可扩展的工艺进行生产。这正是我们将对这种材料的了解与我们制造带状陶瓷的能力结合起来的方式。”

电动汽车应用蕴藏着长期的发展机遇。行业新闻中充斥着各种关于实验性电池技术的报道，这些技术声称能够为汽车提供长距离续航里程。

电动汽车应用为固态电池提供了长期发展机遇，但移动消费电子产品等小型应用可能会率先迎来发展机遇。

但小型应用将率先问世——例如耳机或其他特殊用途。康宁正与一些消费电子合作伙伴进行早期研发，未来有望将锂金属电池解决方案应用于产品中。

斯科特说：“对于电动汽车这类产品，可靠性验证和成本压力都非常巨大。如果能在规模较小的应用中验证先进的电池技术，并且能够容忍更高的初始成本——以及对使用寿命的要求可能没那么严格——那么就更有可能将其用作示范工具。”

许多公司都在研发新型锂金属电池解决方案，传统的锂离子电池也在不断改进。竞争非常激烈。

“这是一项充满活力的技术，我们看到传统固态电解质技术和与之竞争的固态电解质技术都取得了显著进步，”迈克说。“没有人会停滞不前。”

康宁公司的情况也是如此，那里的一个庞大团队不仅致力于研发由锂石榴石制成的隔膜层，还致力于研发由带状陶瓷生成的阴极层。

斯科特表示：“带状陶瓷阴极也可能为消费电子产品等应用领域带来高能量密度电池。”

“市场巨大，我们的团队能力强且不断壮大，我们正处于开发各种应用的早期阶段，”他补充道。

“但有一点我们很清楚——如果我们想要实现零碳排放的目标，社会就需要廉价的储能技术。”