據(jù)界面新聞7月16日報道,近日,日本東京工業(yè)大學(xué)特聘教授菅野了次等人組成的研究團(tuán)隊,成功提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。該研究通過新開發(fā)基礎(chǔ)材料、重新研究制造工藝等方式得以實現(xiàn)。全固態(tài)電池是一種新型的電池類型。區(qū)別于其它電池,沒有液態(tài)電解液,而是采用聚合物、氧化物或硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)。
在固態(tài)電池技術(shù)取得突破后,豐田近日公布了將其電動汽車電池的尺寸、成本和重量減半的雄心。豐田頂級電池專家Keiji Kaita 7月4日表示,簡化電池材料的生產(chǎn)流程將降低其下一代技術(shù)的成本。“對于我們的液態(tài)和固態(tài)電池,我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池太大、太重、太貴的狀況,”Keiji Kaita表示,“就潛力而言,我們的目標(biāo)是將所有這些因素減半。”此外,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì),它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近,但成本不到后者的4%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
日本全固態(tài)電池獲新突破
日本東京工業(yè)大的上述研究,利用高熵材料設(shè)計開發(fā)了一種高離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì),通過增加已知鋰快離子導(dǎo)體的成分復(fù)雜性,使得鋰離子電導(dǎo)率約為傳統(tǒng)材料的2.3-3.8倍,從而能縮短電池充電時間。這意味著,影響電池充電性能的指標(biāo)較當(dāng)前傳統(tǒng)電池相比最多可提高3.8倍,為目前全球最高水平。
此外,研究團(tuán)隊改良了制造工藝,負(fù)極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨,使得正極容量按單位電極面積計算較當(dāng)前提高1.8倍。試制的全固態(tài)電池每平方厘米電極的電池容量超過20毫安,這也是全球目前公布的最高水平。
當(dāng)前動力電池市場上,液態(tài)鋰電池仍占據(jù)主導(dǎo)地位。中國科學(xué)院院士孫世剛曾表示,現(xiàn)有鋰電池的能量密度已接近理論極限。近十年來,液態(tài)鋰電池的能量密度已提升2-3倍。相較于液態(tài)鋰電池,固態(tài)電池具有高能量密度、高安全性和長使用壽命等優(yōu)勢,被業(yè)界普遍認(rèn)為是下一代動力電池技術(shù)。
近年來,學(xué)術(shù)界涌現(xiàn)了一些固態(tài)電池的新成果,其中不乏中國科學(xué)家。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授研設(shè)計并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰,其綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng),但成本不到后者的4%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
在固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化道路上,日企較為激進(jìn)。今年6月初,豐田宣布固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃,最早到2027年,豐田就將向市場投放搭載固態(tài)電池的電動汽車,充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。
豐田固態(tài)電池改變游戲規(guī)則?
豐田公司周二(7月4日)表示,已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破,能夠?qū)㈦姵氐闹亓俊Ⅲw積和成本減半,這可能為電動汽車的進(jìn)步帶來巨大的推動力。
這家世界第二大汽車制造商已經(jīng)在推行一項計劃,到2025年推出配備先進(jìn)固態(tài)電池的電動汽車。與液體電池相比,固態(tài)電池的優(yōu)勢更大。
豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示:“無論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池,我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池過大、過重、過貴的局面,在這方面的潛力上,我們將爭取將這些因素減半。”
海田指出,該公司已經(jīng)開發(fā)出了提高電池耐久性的方法,并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池,充電時間為10分鐘或者更短。
伯明翰大學(xué)商業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)教授戴維·貝利認(rèn)為,如果豐田公司的說法屬實,那么這可能是未來電動汽車的一個里程碑時刻。“通常在原型階段會有一些突破,但要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模就很困難了。”他補(bǔ)充說,“如果這是一個真正的突破,那么它可能是一個顛覆性的改變,甚至可以說是電動汽車行業(yè)的圣杯。”
該公司預(yù)計將在2027年開始為電動汽車生產(chǎn)固態(tài)電池。
早在2020年8月,搭載全固態(tài)電池的豐田電動車已取得牌照,開始行駛實驗。豐田方面向記者透露,2025年前,豐田的全固態(tài)電池將實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn),首先搭載在混動車型上;到2030年前,豐田的全固態(tài)電池要實現(xiàn)持續(xù)的、穩(wěn)定量的生產(chǎn)。
“在開發(fā)過程中,我們了解到全固態(tài)電池里的離子會在電池中高速運動,進(jìn)而實現(xiàn)高功率輸出,我們希望這個特性能夠用于混動車型上,發(fā)揮全固態(tài)電池的優(yōu)勢。”豐田方面表示。
2021年,豐田汽車宣布,到2030年,預(yù)計將投入1.5萬億日元(約合人民幣881.2億元)用于開發(fā)動力電池及其電池供應(yīng)鏈,以期在未來十年的關(guān)鍵汽車技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先,并在電動車和混動車的價格方面保持持久的競爭力。
記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì),它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近,但成本不到后者的4%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
在具備極強(qiáng)成本優(yōu)勢的同時,氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。實驗證明,由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池展示了極為優(yōu)異的性能:在12分鐘快速充電的條件下,該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。
研究人員介紹,氧氯化鋯鋰能以目前最低的成本實現(xiàn)和當(dāng)下最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能,對全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。
原標(biāo)題:容量全球最高,日本全固態(tài)電池獲新突破!