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日本「全固態電池」研發百花齊放

2017/11/22

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      「全固態電池」作為繼鋰離子電池之後的新一代純電動汽車(EV)用電源備受期待,業界正面向實用化推進技術開發。日本物質材料研究機構採用矽作為全固態電池的負極材料,將負極容量提高至約10倍。東京工業大學與豐田汽車等通過改良電解質提高了全固態電池的輸出功率。大阪府立大學通過改變正極材料提高了全固態電池的壽命。日本的相關開發機構等均力爭在2020年代上半期將全固態電池推向實用。

    

日本太陽誘電開發的小型全固態電池

        

      鋰離子電池等蓄電池一般由正極、負極和作為鋰離子通道的電解質等構成。鋰離子電池的電解質為易燃液體,而全固態電池的電解質採用固態。不易燃、安全性高、容量大的特點受到期待。電極關係到容量,電解質關係到輸出功率,二者的組合與電池壽命等息息相關,日本各機構目前正在推進分別對這些進行改良的研究。

 

      日本物質材料研究機構副所長高田和典等人將負極材料由普通的碳換成了矽。由此負極容量達到現有鋰離子電池的約10倍,取得了將電池整體容量提高至目前約1.5倍的眉目。

   

    

      矽雖然能存儲大量電力,但一充電體積會膨脹至4倍左右,因此很難使用。通過設法混合微量的氧等,實現了均勻膨脹。高田表示:「原理已經得到驗證。將製成適合量産的技術」。

 

      東京工業大學教授菅野了次和豐田等發現了一種電解質,它與以往的電解液相比能輕鬆通過約2倍的鋰離子,因此實現了將輸出功率提高至3倍以上。菅野教授表示:「今後的課題是探索與固態電解質匹配的電極」。豐田表示將在2020年代上半期實現實用化。

 

      大阪府立大學教授辰巳砂昌弘等人通過在正極採用混有硫化鋰等的材料,讓鋰離子更加容易移動。試製的電池進行2000次充放電後也沒有劣化。正極容量也達到2倍以上。

 

      太陽誘電則試製了將固態電解質與電極一起烘烤凝固的電池。在電解質中加入電極材料鈷後,發現不混合材料並反覆使用性能也不容易降低。反覆充放電4000次後仍然確保了當初約80%的容量。

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