日本開發出耐寒的全固態電池用電解質

2020/11/23


      日本靜岡大學講師守谷誠與東京工業大學教授一杉太郎等人組成的研究小組,開發出了可用作「全固態電池」電解質的有機分子結晶。全固態電池是被期待應用於純電動汽車(EV)等的新一代蓄電池。研究小組開發的分子結晶的特點是,與以往的技術相比,容易在低溫下發揮作用。因此,在冬季最低氣溫達到零度以下的寒冷地區,應用於當地使用的汽車等將成為可能。

       

靜岡大學講師守谷和東京工業大學教授一杉等人組成的研究小組開發的固態電解質結晶(圖片由研究小組提供)

        

      全固態電池是面向汽車以及IoT(物聯網)設備用途推進開發的新一代蓄電池。正極和負極之間設置的電解質呈固態。普通鋰離子電池的電解質為液態,但接觸空氣後,存在起火風險。配備此類電池的純電動汽車發生事故後存在安全隱患。因此,開發出無需擔心起火、使用固態電解質的電池被認為成為需要。

  

      目前業界正在討論開發利用玻璃等無機物或者聚合物等有機材料的固態電解質。但因為材料較硬,存在難以加工的缺點。需要在技術上兼顧離子導電性和適合電解質的可成型性,使用此前找到的材料,很難達到實用水平。

     

此次新開發的電解質的單晶結構。加熱液化後再度冷卻,可以重新結成晶體(圖片由研究小組提供)

  

      此次,研發小組開發出了由雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSA)和丁二?(SN)組成的名為「分子結晶電解質」的固體電解質。分子結晶電解質通過適當調整鋰鹽及有機分子的組合及反應比,在晶體中規則排列分子。可以分子狀態形成離子通道,傳導率提高。

   

      新開發的電解質在常溫下傳導率跟過去開發的分子結晶電解質的最高值相當,但在攝氏零下20度時,傳導率達到原來100倍。在寒冷地區也能順暢工作,因此可以期待成為純電動汽車用全固態電池的材料。

 

      製造工序也得以簡化。首先,混合雙氟磺酰亞胺鋰和丁二?後加熱,然後,僅僅通過冷卻到室溫,就可以獲得單晶。再加熱時,又恢復液狀,冷卻時,再度結晶。可以像液體一樣製作電池,作為電池使用時,又可作為固體使用。不管在製造方面還是在實用方面都成為了易於處理的電解質。

  

      研究小組今後還力爭利用分子結晶的特性開發新型電解質。分子結晶即使受熱融解,通過冷卻,還會再度結晶。因此,即使電池組中的電極膨脹或收縮,也可以通過加熱使電解質液化,填入多餘的空間。據稱,還有可能開發出能自我修復的電池。例如,在使用過程中,固體電解質出現裂縫等,也可以利用大電流加熱使其液化,從而實現自我修復。

  

      日本經濟新聞(中文版:日經中文網)矢野攝士

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