容量全球最高，日本全固态电池获新突破！中科院院士：锂电池能量密度接近理论极限
来源:电子技术应用ChinaAET发布时间:2023-07-171987浏览
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日本东京工业大学将全固态电池容量提升至全球最高水平。据界面新闻7月16日报道，近日，日本东京工业大学特聘教授菅野了次等人组成的研究团队，成功提高了全固态电池的快速充电性能和容量。该研究通过新开发基础材料、重新研究制造工艺等方式得以实现，相关文章发表在美国《科学》杂志上。全固态电池是一种新型的电池类型。区别于其他电池，没有液态电解液，而是采用聚合物、氧化物或硫化物作为固态电解质。据英国《金融时报》，在固态电池技术取得突破后，丰田近日公布了将其电动汽车电池的尺寸、成本和重量减半的雄心。丰田顶级电池专家Keiji Kaita 7月4日表示，简化电池材料的生产流程将降低其下一代技术的成本。“对于我们的液态和固态电池，我们的目标是彻底改变目前电池太大、太重、太贵的状况，”Keiji Kaita表示，“就潜力而言，我们的目标是将所有这些因素减半。”此外，中国科学技术大学教授马骋开发了一种新型固态电解质，它的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。日本全固态电池获新突破据界面新闻报道，日本东京工业大学的上述研究，利用高熵材料设计开发了一种高离子导电性的固体电解质，通过增加已知锂快离子导体的成分复杂性，使得锂离子电导率约为传统材料的2.3-3.8倍，从而能缩短电池充电时间。这意味着，影响电池充电性能的指标较当前传统电池相比最多可提高3.8倍，为目前全球最高水平。此外，研究团队改良了制造工艺，负极采用锂金属代替传统的石墨，使得正极容量按单位电极面积计算较当前提高1.8倍。试制的全固态电池每平方厘米电极的电池容量超过20毫安，这也是全球目前公布的最高水平。当前动力电池市场上，液态锂电池仍占据主导地位。中国科学院院士孙世刚曾表示，现有锂电池的能量密度已接近理论极限。近十年来，液态锂电池的能量密度已提升2-3倍。相较于液态锂电池，固态电池具有高能量密度、高安全性和长使用寿命等优势，被业界普遍认为是下一代动力电池技术。
图片来源：视觉中国近年来，学术界涌现了一些固态电池的新成果，其中不乏中国科学家。据《光明日报》报道，中国科学技术大学马骋教授研装设计并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂，其综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。该研究于今年6月27日发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》上。在固态锂电池产业化道路上，日企较为激进。今年6月初，丰田宣布固态电池商业化的最新规划，最早到2027年，丰田就将向市场投放搭载固态电池的电动汽车，充电不到10分钟即可行驶约1200公里。丰田固态电池改变游戏规则？据财联社报道，丰田公司周二（7月4日）表示，已经在固态电池技术上取得了重大突破，能够将电池的重量、体积和成本减半，这可能为电动汽车的进步带来巨大的推动力。这家世界第二大汽车制造商已经在推行一项计划，到2025年推出配备先进固态电池的电动汽车。与液体电池相比，固态电池的优势更大。丰田公司碳中和研发中心的总裁海田敬二表示：“无论是液态电池还是固态电池，我们的目标是彻底改变目前电池过大、过重、过贵的局面，在这方面的潜力上，我们将争取将这些因素减半。”
海田指出，该公司已经开发出了提高电池耐久性的方法，并相信现在可以制造出续航里程为1200公里的固态电池，充电时间为10分钟或者更短。
图片来源：丰田中国官网伯明翰大学商业经济学教授戴维·贝利认为，如果丰田公司的说法属实，那么这可能是未来电动汽车的一个里程碑时刻。“通常在原型阶段会有一些突破，但要扩大生产规模就很困难了。”他补充说，“如果这是一个真正的突破，那么它可能是一个颠覆性的改变，甚至可以说是电动汽车行业的圣杯。”据《金融时报》报道，该公司预计将在2027年开始为电动汽车生产固态电池。据每经网此前报道，早在2020年8月，搭载全固态电池的丰田电动车已取得牌照，开始行驶试验。丰田方面向记者透露，2025年前，丰田的全固态电池将实现小规模量产，首先搭载在混动车型上；到2030年前，丰田的全固态电池要实现持续的、稳定量的生产。“在开发过程中，我们了解到全固态电池里的离子会在电池中高速运动，进而实现高功率输出，我们希望这个特性能够用于混动车型上，发挥全固态电池的优势。”丰田方面表示。2021年，丰田汽车宣布，到2030年，预计将投入1.5万亿日元（约合人民币881.2亿元）用于开发动力电池及其电池供应链，以期在未来十年的关键汽车技术领域取得领先，并在电动车和混动车的价格方面保持持久的竞争力。据央广网7月4日报道，记者从中国科学技术大学获悉，中国科学技术大学马骋教授开发了一种新型固态电解质，它的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。6月27日，该成果发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》上。在具备极强成本优势的同时，氧氯化锆锂的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。实验证明，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能：在12分钟快速充电的条件下，该电池仍然成功地在室温稳定循环2000圈以上。研究人员介绍，氧氯化锆锂能以目前最低的成本实现和当下最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近的性能，对全固态锂电池的产业化具有重大意义。
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