90年代,日本索尼公司率先把鋰電池從大學研究階段轉(zhuǎn)變成商用化產(chǎn)品。不僅使筆記本電腦和手機等產(chǎn)品得到很大進步,同時也拉開了一個移動產(chǎn)品的新時代的序幕!如今,以索尼公司為代表的日本企業(yè),正在加速研發(fā)下一代電池,筆者將分兩部分來介紹日本企業(yè)2020年之前的鋰電池研發(fā)動向和全固體電池研發(fā)情況。
“通過對Li-S、Mg-S材料技術(shù)的開發(fā),將會把現(xiàn)在的單位體積能量密度700Wh/L,在2020年時提高到1000Wh/L?!彼髂峁鞠榷瞬牧涎芯克L如此談及材料的名字,是非常少見的。之所以各家企業(yè)積極研發(fā)下一代電池,是為應對電動車輛和移動機器對電池性能有更高的要求。但是電池的性能不是短時間內(nèi)可以開發(fā)出來的,隨著電池容量的提高,發(fā)熱和起火問題也隨之而來,這就對電池的安全問題有著更高的要求。
第1部分:2020年研發(fā)動向
高能量密度的鋰電池,根據(jù)用途分為兩大類:一種是面向移動設備(手機等),另外一種是面向電動車輛。雖然都是鋰電池,卻有著完全不同的開發(fā)方式。但如今兩種類型的鋰電池的負極材料中,Si合金正在走向活躍的表面舞臺。
移動設備
索尼主要研發(fā)如手機等移動便攜電子產(chǎn)品的鋰電池,估計2016年單位體積的能量密度可以達到750?800Wh/L,然后經(jīng)過900Wh/L,到2020年預計可以達到1000Wh/L。能量密度的提高,可以大幅增加智能手機App的應用范圍和數(shù)量,并可以延長待機與使用時間?,F(xiàn)在索尼公司表示,已經(jīng)實現(xiàn)了鋰電池的最大充電電壓為4.45V,放電電壓為3.0V,使用的材料和現(xiàn)行版電池一樣,正極是LiCoO2,負極是碳素材料。
但是2017年以后,負極材料會發(fā)生很大變化,有可能會使用Si合金。雖然使用Si合金會導致Si系材料的體積膨脹,經(jīng)過充放電會破環(huán)Si的結(jié)晶構(gòu)造,但是索尼公司表示已經(jīng)確立了Si系材料的體積膨脹控制手法。
電動車輛
隨著EV和PHEV技術(shù)的不斷發(fā)展,對車載動力鋰電池的市場需求也越來越大,根據(jù)2015年東京車展的展示,本站主要對日立,本田,三菱等三家企業(yè)的狀況做以下概要小結(jié):
各家公司通過對材料和能量密度的改善來提高電動車的續(xù)航距離,相信在2020年時,技術(shù)將會發(fā)生質(zhì)的變化。
第2部分:全固體電池的研發(fā)(ALL-SOLID BATTERY)
未來2030年的新一代高性能電池的研發(fā),各家企業(yè)以及大學對全固體電池是很有期待的。全固體電池是指,用固體材料取代原本的電解液作為電池的電解質(zhì),比起原來的有機性電解液的電池,全固體電池有著不容易起火,高安全性。各個國家的企業(yè)和大學研究機關,創(chuàng)業(yè)公司都在積極研究全固體電池。特別是如果應用在EV等電動車輛上,具有很高的安全性。但是比起液體的電解質(zhì),離子傳導率非常低,所以實用化有很大的難度。在很多全固體電池的研究發(fā)表中,索尼公司發(fā)表的薄膜型固體電解質(zhì)受到很大的關注。
索尼公司的薄膜型全固體電池
下面對日本企業(yè)的全固體電池研發(fā)狀況做個小結(jié):
也許在2030年這種全固體電池將會超越鋰電池,成為新一代電池的主力,讓我們拭目以待。如今我國企業(yè)也正在大力研發(fā)各種電池的應用,期待各家企業(yè)和研究機關的最新研究成果可以超越日本,早期實用化來造福社會。
來源:第一電動網(wǎng)
作者:日篤小站
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