鉅大LARGE | 點擊量：686次 | 2022年09月03日
豐田開發(fā)全固態(tài)鋰電池 能量密度可達(dá)400瓦時/升
與其他許多車企相同，豐田也在鋰空氣電池上投入了大量研發(fā)精力。工程師追求更高的能量密度從而讓電動汽車能夠跑得更遠(yuǎn)。在2014鋰離子電池國際會議（InternationalMeetingonLithiumBatteries）上，豐田電池研究業(yè)務(wù)部的HidekiIba博士與豐田歐洲先進(jìn)技術(shù)小組的ChihiroYada博士指出，若克服各項技術(shù)障礙，鋰空氣電池要到2030年才能真正商業(yè)化。
在開發(fā)鋰空氣電池技術(shù)的同時，豐田也在開發(fā)全固態(tài)電池，目前其實驗原型產(chǎn)品可達(dá)到400瓦時/升的體積能量密度。兩位專家對該類電池技術(shù)也作出了預(yù)測，在克服技術(shù)障礙的前提下，全固態(tài)電池可在2025年實現(xiàn)商業(yè)化，比鋰空氣電池早5年。
全固態(tài)電池具有能量密度大和額定功率高的特點，使它具有很大的發(fā)展?jié)摿?。相關(guān)經(jīng)驗證全固態(tài)電池放電率可達(dá)到50C。
相比傳統(tǒng)鋰離子電池，全固態(tài)電池除了體積能量密度較高之外，還具有以下優(yōu)勢：
1、封裝效率更高。全固態(tài)電池設(shè)計可支持串行疊加排列（in-seriesstacking）和雙極結(jié)構(gòu)（bi-polarstructure）。緊密的排列可減少電池組中無效空間（deadspace）的體積。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2、更安全。全固態(tài)電池不會有電解液泄漏的隱患，并且它的不易燃物性和無機電解質(zhì)使其熱穩(wěn)定性更強。
3、更長的使用壽命。
“全固態(tài)電池在先前一段時間面對的技術(shù)障礙是功率密度不夠高。原因在于電池陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移電阻過高”Yada和Brasse兩位研究者如是說。因此，全固態(tài)電池開發(fā)過程中的重要任務(wù)就是提高它的功率密度。
研究者從以下3個方面對其功率密度進(jìn)行改進(jìn)：
1、開發(fā)能夠更易傳導(dǎo)鋰離子的固態(tài)電解質(zhì)?？梢圆捎醚趸?、硫化物、氮化物作為固態(tài)電解質(zhì)材料。硫化物電解質(zhì)可以供應(yīng)更高的離子傳導(dǎo)性，例如Li10Gep2S12化合物的離子傳導(dǎo)率可達(dá)0.012西門子/厘米。
德國馬普研究所（MaxplanckInstitute）研究者近期則開發(fā)出2種具有超高傳導(dǎo)率的固態(tài)鋰電解質(zhì)，分別為Li10Snp2S12與Li11Si2pS12，它們均具有極強的鋰離子擴散性。化合物中的硅元素使這兩種化合物的鋰傳導(dǎo)率甚至超過了上述Li10Gep2S12化合物。
2、改善電解質(zhì)與電極間的界面物質(zhì)，降低轉(zhuǎn)移電阻。Yada和Brasse指出：“固態(tài)電池中電解質(zhì)與電極間界面電阻高的問題可通過設(shè)計來彌補，這在下一代電池設(shè)計中顯得尤為重要?！?/p>
在2014鋰離子電池國際會議的一篇獨立論文中，Yada與他亥姆霍茲研究所（HelmholtzInstituteUlm）以及德國太空中心（GermanAerospaceCentre）的同事提出了一個固態(tài)電解質(zhì)數(shù)字模型，希望基于該模型對活躍電子和電解質(zhì)邊界的空間電荷區(qū)域獲得更多的了解。
3、提升活性材料中鋰離子的傳導(dǎo)性。在理想狀態(tài)下，能量密度高的電池中電解質(zhì)層很薄，電極層很厚，并且全都圍繞在活性材料周圍。為了滿足下一代電池的技術(shù)要求，研究者必須改進(jìn)電極活性材料的傳導(dǎo)性。
Yada和Brasse指出，雖然全固態(tài)鋰離子電池的“歷史”并不短，但行業(yè)內(nèi)仍將認(rèn)為它是一種全新的電池技術(shù)。然而，仍然有許多技術(shù)障礙待克服。通過分析調(diào)整電極與電解質(zhì)界面層的納米結(jié)構(gòu)將成為全固態(tài)鋰離子電池突破的關(guān)鍵點。
