全固體電池

全固體電池

全固體電池可報考薄膜型全固態鋰電池、大容量聚合物全固態鋰電池和大容量無機全固態鋰電池,是一類以非可燃性固體電解質取代傳統鋰離子電池中液態電解質,鋰離子通過在正負極間嵌入-脫出並與電子發生電荷交換後實現電能與化學能轉換的新型高安全性鋰二次電池。

簡介

全固體電池全固體電池

全固體電池是新一代蓄電池。作為鋰電池主要材料的電解液中含有容易著火的有機溶劑。而全固體電池使用固體電解質而非液體電解液。由於鋰離子在不易燃燒的固體電解質中移動,因此將大幅提高安全性。雖然理論上相比使用電解液的電池,全固體電池的蓄電量更多、輸出功率也更大,但此前研發的全固體電池卻在性能上一直難以超過傳統電池,投入實用存在困難。

技術發展

縮短充電時間

在研究中,日本東北大學的一杉太郎副教授等人關注到了電解質電極界面的問題。通過使用真空裝置,並調整電池的製作方法,使電解質和電極完美貼合。由於界面緊密貼合,鋰離子易於在電池中移動。解決了固體電解質和電極受縫隙和雜質影響無法緊密貼合的課題。

在使用試製的全固體電池進行的實驗中,充電時間從使用電解液的傳統電池所需的30分鐘以上縮短至3分鐘。如果將全固體電池用於純電動汽車(EV)的電池,將實現快速充電。今後將與豐田和電池廠商共同推進開發。

降低工作溫度

全固體電池全固體電池

同為東北大學的折茂慎一教授和宇根本篤講師等人使用鋰和氫的化合物作為電解質,將全固體電池的重量減輕了一半以上。此前研發的使用硫化物氧化物作為電解質的全固體電池要比使用電解液的電池更重。

使用鋰和氫的化合物後,存在只有在高溫環境下才能工作的問題,但通過對電解質的成分等進行改進,由原來的120攝氏度降低到了90攝氏度。今後的目標是使該電池在室溫下實現正常工作。計畫與三菱瓦斯化學合作,力爭5年後作為純電動車等配備的電池達到實用水平。

提高使用壽命

三星電子提高了使用硫化物的全固體電池的耐久性。反覆充放電500次後仍可維持約80%的容量,已接近實用水平。此前存在反覆充放電後容量急速減少的課題。但通過對正極的結構進行精心改進,並在正極內均勻分散容易通電的物質,解決了這一課題。這一成果已在2014年11月於京都市舉辦的電池研討會上發布。

優點

全固體電池全固體電池

21世紀初,作為主流的鋰離子電池單位體積的輸出功率較高,蓄電量也大。主要用於便攜終端及純電動車等。不過發熱可能導致破損,有觀點指出存在安全隱患。

新一代電池:配備現有鋰離子電池的純電動汽車充滿一次電的行駛距離僅為200公里左右。而汽油車在加滿油的情況下可行駛約500公里。新一代電池的目標是將性能提高到與汽油車等同等或以上的水平。還力爭提高安全性和耐久性,縮短充電時間。

目前(2014年)正在開展研發的新一代電池除了全固體電池及鈉離子電池之外,還包括使用空氣中的氧實現輕量化的空氣電池、使用鎂離子等蓄電量較多的多價離子電池等。

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