白话解读丰田在锂离子电池技术中的“重大突破”

捷能科技

最近,丰田汽车在电动汽车领域动作频频,先是一改口径要进军纯电动汽车,随后又成立了公司内部的电动“四人帮”,11月24日又宣布在锂离子电池领域有重大突破“breakthrough",俨然成为纯电动汽车的生力军,要推动产业进步。作为非电化学领域的笔者,这里用非专业术语的“白话”和大家扒一扒这个“重大突破”。

丰田做了什么事情?

简单地讲,丰田公司发明了一种观测方法,能够让人们在充放电过程中,实时观察到锂离子在电解液中的运动。这称得上是种突破了,因为之前,人们是看不到锂离子在电解液中的运动,只能猜测,论证。从看不到,到能看到,相当于打开了黑盒子,有机会弄懂里面的机理。

丰田要解决的问题是什么?

话说回来,为什么一定要看到这个区域中锂离子的运动呢?

因为在充放电过程中会发生一种现象叫作“Li-ion deviation"(锂离子偏移,指锂离子的浓度差?),这种偏移会导致电池的实际可使用容量变小。这样,为了能够提高锂电池的性能,人们非常希望能够尽可能地减少这种偏移的发生。这时,就迫切希望能够了解到锂离子在离开电极后,经过电解液,到达另一极,整个过程中其运动规律是什么样的。

这个问题是如何解决的?

知道了问题所在,就要想法子。对于这个问题,丰田的做法很简单:

(1)用同步辐射的高强度X射线(是普通X射线的10亿倍), 可实现每像素0.65微米的高分辨率及每帧100毫秒的高速测量;

(2)用重金属元素代替电解液中的含磷离子,X射线很难穿透重金属元素,这样当锂离子与其结合时,就能通过观察重金属元素的运动来了解锂离子的运动。

通俗地讲,丰田用了超大型放大镜,并把锂离子凸现出来,以掌握锂离子的偏移。

这种方法有什么用?

丰田公司并没有直接在锂离子技术层面有新的突破,但却提供了一种未来可以提升锂离子性能的研究手段。这就像是人类要攻克癌症,要明白致癌机理,找到致癌基因,丰田找到一种可以直接观察到基因的方法,但距离攻克癌症还有长远的路要走,还有大量的研究工作要做,距离真正的商业化应用还要假以时日。

通过这种方法, 研发人员将可以观察到正负极、隔膜、电解液材料与构造等不同所导致的锂离子运动,以比较新的材料、工艺、方法是否能够提高锂电池性能;同时,有助于分析电池性能降低的机理,为提高车辆的续航里程及电池寿命等电池性能和耐久性等方面做针对性的研发。 据称,应用该方法有望将电动汽车的续航里程提高10%-15%,同时具有更好的充电性能。

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