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儲能電池“變形記”

發(fā)布時間: 2015-07-10 10:09:32    來源: 經(jīng)濟日報
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[摘要]縱觀五花八門的“新型電池”,亮眼的實驗室數(shù)據(jù)無法代表產(chǎn)業(yè)化能力,單一指標優(yōu)勢也不能以偏概全,雖然人們都急盼著能夠盡快發(fā)生電池革命,但可能還需要經(jīng)歷更長時間的等待。

  全固態(tài)鋰電池:可靠的安全衛(wèi)士

  電動汽車自燃、手機電池爆炸……隨著鋰離子電池的大規(guī)模民用,關(guān)于電池安全事故的新聞不絕于耳,電池使用的安全問題也廣受各方關(guān)注。不久前,日本豐田汽車公司透露,計劃在2020年實現(xiàn)全固態(tài)電池的商用化。該公司早在2010年就推出了更安全、壽命更長、功率輸出更優(yōu)的全固態(tài)電池原型器件,希望它能在未來取代現(xiàn)有鋰離子電池。

  細心的消費者會發(fā)現(xiàn),所有的鋰離子電池都標有詳細的注意事項,乘坐飛機也有嚴格的攜帶限制,這是因為鋰離子電池內(nèi)帶有的有機溶劑具有可燃性,有一定安全隱患。如果要徹底保證電池安全,就要把可燃燒的有機溶劑用更安全的不能燃燒的固體電解質(zhì)替換掉。

  “固態(tài)鋰電池有可能顯著提高電芯的安全性,是未來電池技術(shù)的重要方向。”李泓告訴記者,現(xiàn)有的鋰離子電池雖然安全性已經(jīng)很高,但仍會不斷出現(xiàn)安全事故。全固態(tài)鋰電池沒有電解液,不易燃燒和爆炸,不會產(chǎn)生液體泄漏和腐蝕,在高溫下壽命不受影響,不易變形,電壓允許范圍更高。

  “更重要的是,現(xiàn)有應(yīng)用對電池能量密度要求越來越高,在現(xiàn)有技術(shù)下,通常電池容量越大越不安全。所以說,全固態(tài)電池是一種革命性技術(shù),它可以在保證安全性的同時,提高電池能量密度。”李泓補充說。

  不過,單純強調(diào)安全性并不能把固態(tài)電池完全推向市場,性能的提升和成本的降低更加關(guān)鍵。“目前固態(tài)電池安全性能更高,但是在其他主要性能上,比如充放電速率上,低溫特性上與采用液體電解質(zhì)的現(xiàn)有鋰離子電池有顯著的差距。這主要是在固體電解質(zhì)中離子傳輸?shù)乃俣容^慢,固體電解質(zhì)和正負極材料界面的電阻很大,這些問題還沒有很好解決,所以快充的特性暫時沒有發(fā)揮出來。”李泓透露,全固態(tài)電池在快充時更安全,目前在日本學(xué)界的研究里表示其可以快充,但都還在實驗室探索階段,離應(yīng)用較遠。

  豐田歐洲先進技術(shù)小組博士ChihiroYada指出,全固態(tài)電池面臨的技術(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。因此,全固態(tài)電池開發(fā)過程中的主要任務(wù)就是提高它的功率密度。

  固態(tài)金屬鋰電池的特性使其負極可以使用金屬鋰,金屬鋰的容量是目前鋰離子電池中石墨負極的10倍,如果能解決金屬鋰使用和加工過程的安全性問題,用金屬鋰作負極,用高能量密度材料作正極,電池能量密度會有1至3倍的提升,而提升能量密度又是降低成本的最有效的辦法。“雖然固態(tài)電池的制造和設(shè)計與現(xiàn)有的方式不一樣,到底采用哪種工藝和技術(shù)路線還沒有確定,但可以肯定這是非常有競爭力的技術(shù)路線,固態(tài)金屬鋰電池大規(guī)模進入市場最快還需5至10年的時間。”李泓預(yù)計。

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