日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)日前宣布，該國部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機構(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)與評估中心財團從日本經(jīng)濟產(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，電池損壞；而電解液為有機液體，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極取代石墨負極這樣可以明顯減輕負極材料的用量，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等電子產(chǎn)品從“一天一充”升級到“兩天一充”。
