索尼为首,日本企业2020年下一代电池研发趋势

日笃小站

90年代,日本索尼公司率先把锂电池从大学研究阶段转变成商用化产品。不仅使笔记本电脑和手机等产品得到很大进步,同时也拉开了一个移动产品的新时代的序幕!如今,以索尼公司为代表的日本企业,正在加速研发下一代电池,笔者将分两部分来介绍日本企业2020年之前的锂电池研发动向和全固体电池研发情况。

“通过对Li-S、Mg-S材料技术的开发,将会把现在的单位体积能量密度700Wh/L,在2020年时提高到1000Wh/L。”索尼公司先端材料研究所所长如此谈及材料的名字,是非常少见的。之所以各家企业积极研发下一代电池,是为应对电动车辆和移动机器对电池性能有更高的要求。但是电池的性能不是短时间内可以开发出来的,随着电池容量的提高,发热和起火问题也随之而来,这就对电池的安全问题有着更高的要求。

第1部分:2020年研发动向

高能量密度的锂电池,根据用途分为两大类:一种是面向移动设备(手机等),另外一种是面向电动车辆。虽然都是锂电池,却有着完全不同的开发方式。但如今两种类型的锂电池的负极材料中,Si合金正在走向活跃的表面舞台。

移动设备

索尼主要研发如手机等移动便携电子产品的锂电池,估计2016年单位体积的能量密度可以达到750〜800Wh/L,然后经过900Wh/L,到2020年预计可以达到1000Wh/L。能量密度的提高,可以大幅增加智能手机App的应用范围和数量,并可以延长待机与使用时间。现在索尼公司表示,已经实现了锂电池的最大充电电压为4.45V,放电电压为3.0V,使用的材料和现行版电池一样,正极是LiCoO2,负极是碳素材料。

但是2017年以后,负极材料会发生很大变化,有可能会使用Si合金。虽然使用Si合金会导致Si系材料的体积膨胀,经过充放电会破环Si的结晶构造,但是索尼公司表示已经确立了Si系材料的体积膨胀控制手法。

电动车辆

随着EV和PHEV技术的不断发展,对车载动力锂电池的市场需求也越来越大,根据2015年东京车展的展示,本站主要对日立,本田,三菱等三家企业的状况做以下概要小结:

各家公司通过对材料和能量密度的改善来提高电动车的续距离,相信在2020年时,技术将会发生质的变化。

第2部分:全固体电池的研发(ALL-SOLID BATTERY)

未来2030年的新一代高性能电池的研发,各家企业以及大学对全固体电池是很有期待的。全固体电池是指,用固体材料取代原本的电解液作为电池的电解质,比起原来的有机性电解液的电池,全固体电池有着不容易起火,高安全性。各个国家的企业和大学研究机关,创业公司都在积极研究全固体电池。特别是如果应用在EV等电动车辆上,具有很高的安全性。但是比起液体的电解质,离子传导率非常低,所以实用化有很大的难度。在很多全固体电池的研究发表中,索尼公司发表的薄膜型固体电解质受到很大的关注。

索尼公司的薄膜型全固体电池

下面对日本企业的全固体电池研发状况做个小结:

也许在2030年这种全固体电池将会超越锂电池,成为新一代电池的主力,让我们拭目以待。如今我国企业也正在大力研发各种电池的应用,期待各家企业和研究机关的最新研究成果可以超越日本,早期实用化来造福社会。

作者:日笃小站

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