秒充電不起火 日本加快全固態(tài)電池研發(fā)

據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》報(bào)道，如果要提高搭載于移動(dòng)終端或汽車內(nèi)的鋰離子電池的性能，起火的危險(xiǎn)也會(huì)隨之提高。原因是傳統(tǒng)的鋰離子電池使用了易燃的液體作為電解質(zhì)。為此，日本正在推進(jìn)將電解質(zhì)替換成不會(huì)燃燒的陶瓷材料等固體的“全固態(tài)蓄電池”的開發(fā)?！度毡窘?jīng)濟(jì)新聞》采訪了力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)快速充電和電池大容量化的日本大學(xué)的研究進(jìn)展。

“現(xiàn)在智能手機(jī)充滿電需要1小時(shí)以上，但新型蓄電池力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)1秒內(nèi)滿充電”，東京工業(yè)大學(xué)教授一杉太郎說出了這樣的豪言壯語。一杉教授正嘗試通過提高固體電解質(zhì)和電池正極間的性能，實(shí)現(xiàn)前所未有的瞬間充電。

目前的電池充電耗費(fèi)時(shí)間是因?yàn)檫@回使不同固體的氧化物之間接觸不良，電阻增強(qiáng)。一杉認(rèn)為“如果能將不同種的固體在原子層面上連接起來，就能降低電阻”。他基于這一想法正反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。

一杉使用了備受汽車廠商關(guān)注的“氧化鋰?鎳?錳”作為正極，而用磷酸鋰作為電解質(zhì)。通過應(yīng)用最先進(jìn)的半導(dǎo)體制造技術(shù)，在正極表面使電解質(zhì)形成薄膜，從而使固體電解質(zhì)和正極間的阻力降低到了液體電解質(zhì)與正極間的阻力的五分之一至十分之一。

東京工業(yè)大學(xué)正在與大型半導(dǎo)體相關(guān)企業(yè)共同開發(fā)，預(yù)計(jì)在一年后試生產(chǎn)可以實(shí)際使用的電池。下一個(gè)目標(biāo)是汽車。該大學(xué)將和大型汽車廠商聯(lián)合，將在薄膜上得到實(shí)證的低阻力應(yīng)用到塊狀電池上，力爭(zhēng)開發(fā)出可以長(zhǎng)時(shí)間使用的電池。

日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)也在開展使用氧化物電解質(zhì)的全固體蓄電池的開發(fā)?？傮w負(fù)責(zé)相關(guān)項(xiàng)目的日本物質(zhì)與材料研究機(jī)構(gòu)的負(fù)責(zé)人高田和典謹(jǐn)慎地指出，“盡管薄膜的開發(fā)勢(shì)頭很好，但要替換車用的塊狀電池還需要時(shí)間”。盡管如此，一杉教授還是自信地表示，“如果解決了薄膜上的問題，塊狀也同樣適用”。

一方面，參加了日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)項(xiàng)目的長(zhǎng)崎大學(xué)的準(zhǔn)教授山田博俊表示正在進(jìn)行提高電流密度、實(shí)現(xiàn)大容量化的研究。在電解質(zhì)中使用陶瓷材料“氧化鋰?鑭?鋯?鉈”，而在負(fù)極使用金屬鋰。

作為負(fù)極材料，金屬鋰的儲(chǔ)電量最優(yōu)。但是在反復(fù)的充放電中，金屬鋰中會(huì)生成一種叫做樹突的樹枝狀結(jié)晶，穿過電解質(zhì)到達(dá)正極，從而引起短路。

山田準(zhǔn)教授開發(fā)了抑制樹突生成的新技術(shù)，并在3月于東京都八王子市召開的學(xué)術(shù)界會(huì)議“電氣化學(xué)會(huì)”上發(fā)表了這一技術(shù)。

電解質(zhì)通過氧化物的粒子燃燒固化后制成，而樹突是燒結(jié)后在粒子間的縫隙中流通形成的。對(duì)此，山田準(zhǔn)教授等將直徑約2微米的氧化物粒子和低熔點(diǎn)的氫氧化鋰混合燒結(jié)，使得厚約0.5微米的氫氧化鋰覆蓋在粒子表面，擠滿間隙。通電實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，與未覆蓋的粒子相比，短路之前的電流密度可以提高至3倍。

山田準(zhǔn)教授表示，“將力爭(zhēng)作為可通過太陽能、風(fēng)力和震動(dòng)充電的傳感器用電源投入實(shí)際使用”。

全固態(tài)電池的商品化雖然才剛開始，但安全和高性能使其具有巨大的吸引力。除汽車外，未來還有望被應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)(ioT)用傳感器，遠(yuǎn)程回收自然資源等。