日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)日前宣布，該國部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將在未來5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代電動車全固態(tài)鋰電池，力爭早日應(yīng)用于新能源汽車產(chǎn)業(yè)。該項目預(yù)計總投資100億日元，豐田、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化學(xué)研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究，計劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。
此前，日本鋰離子電池技術(shù)與評估中心財團(tuán)從日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省那里獲得了1400萬美元的資金支持，最終目標(biāo)是在2030年之前共同研發(fā)出一種能夠支持800公里續(xù)航里程的電池。
今年以來，日本國內(nèi)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的重心主要集中在全固態(tài)鋰電池上。不禁讓人好奇，為何如此重視全固態(tài)電池技術(shù)？
全固態(tài)電池技術(shù)的突出優(yōu)勢
此前，雷諾汽車業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人諾曼德公開表示，全固態(tài)電池是汽車工業(yè)的新希望，在成本、密度和熱穩(wěn)定性方面都較目前的鋰離子電池有巨大優(yōu)勢，未來將主應(yīng)用于長續(xù)航的電動汽車。
全固態(tài)電池在電池領(lǐng)域發(fā)展的根本驅(qū)動力之一就是安全性。傳統(tǒng)鋰離子電池的隔膜和電解液。根據(jù)電池的電極材料特性，在大電流下工作可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路，電池?fù)p壞；而電解液為有機(jī)液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會加劇。
首先，相同能量下，全固態(tài)電池更薄且體積更小。傳統(tǒng)鋰離子電池中，隔膜和電解液共占據(jù)了電池中近4成的體積和2成的質(zhì)量。如果用固態(tài)電解質(zhì)取代，那么電極間距可以縮短到微米級，極大降低電池厚度，因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。
不僅如此，經(jīng)過氣相沉積制備的全固態(tài)電池，其整體厚度可能只有幾十個微米，因此就可以制成非常小的電源器件，整合到MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）領(lǐng)域，從而方便電池應(yīng)用在新型小尺寸智能電子設(shè)備，實現(xiàn)終端產(chǎn)品的小微型化。
其次，全固態(tài)電池輕便，能量密度高。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會發(fā)生改變，可以使用金屬鋰來做負(fù)極取代石墨負(fù)極這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。在OFweek鋰電網(wǎng)5月份舉辦的研討會上，來自固體新能源的胡啟朝帶來的能量密度可達(dá)500瓦時/千克固態(tài)鋰金屬電池就是一個成功的佐證。詳情可參考《美國麻省固體能源胡啟朝：固態(tài)鋰金屬電池是追求能量密度最優(yōu)方案》一文。
值得一提的是，使用全固態(tài)電池，可以解決許多新型高性能電極材料與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性問題。
綜合考慮到以上兩大因素，全固態(tài)電池相比于一般鋰離子電池，能量密度可以有一個較大幅度的提升。目前為止，許多實驗室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池。
從能量密度的數(shù)據(jù)上看，全固態(tài)電池帶給人們更多的直觀體會是我們的手機(jī)等電子產(chǎn)品從“一天一充”升級到“兩天一充”。
