容量全球最高，日本全固態(tài)電池獲新突破！中科院院士：鋰電池能量密度接近理論極限

每經(jīng)編輯 畢陸名

日本東京工業(yè)大學(xué)將全固態(tài)電池容量提升至全球最高水平。

據(jù)界面新聞7月16日?qǐng)?bào)道，近日，日本東京工業(yè)大學(xué)特聘教授菅野了次等人組成的研究團(tuán)隊(duì)，成功提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。該研究通過(guò)新開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)材料、重新研究制造工藝等方式得以實(shí)現(xiàn)，相關(guān)文章發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上。全固態(tài)電池是一種新型的電池類(lèi)型。區(qū)別于其它電池，沒(méi)有液態(tài)電解液，而是采用聚合物、氧化物或硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)。

據(jù)英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》，在固態(tài)電池技術(shù)取得突破后，豐田近日公布了將其電動(dòng)汽車(chē)電池的尺寸、成本和重量減半的雄心。豐田頂級(jí)電池專(zhuān)家Keiji Kaita 7月4日表示，簡(jiǎn)化電池材料的生產(chǎn)流程將降低其下一代技術(shù)的成本。“對(duì)于我們的液態(tài)和固態(tài)電池，我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池太大、太重、太貴的狀況，”Keiji Kaita表示，“就潛力而言，我們的目標(biāo)是將所有這些因素減半。”此外，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁開(kāi)發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

日本全固態(tài)電池獲新突破

據(jù)界面新聞報(bào)道，日本東京工業(yè)大的上述研究，利用高熵材料設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種高離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)，通過(guò)增加已知鋰快離子導(dǎo)體的成分復(fù)雜性，使得鋰離子電導(dǎo)率約為傳統(tǒng)材料的2.3-3.8倍，從而能縮短電池充電時(shí)間。這意味著，影響電池充電性能的指標(biāo)較當(dāng)前傳統(tǒng)電池相比最多可提高3.8倍，為目前全球最高水平。

此外，研究團(tuán)隊(duì)改良了制造工藝，負(fù)極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨，使得正極容量按單位電極面積計(jì)算較當(dāng)前提高1.8倍。試制的全固態(tài)電池每平方厘米電極的電池容量超過(guò)20毫安，這也是全球目前公布的最高水平。

當(dāng)前動(dòng)力電池市場(chǎng)上，液態(tài)鋰電池仍占據(jù)主導(dǎo)地位。中國(guó)科學(xué)院院士孫世剛曾表示，現(xiàn)有鋰電池的能量密度已接近理論極限。近十年來(lái)，液態(tài)鋰電池的能量密度已提升2-3倍。相較于液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池具有高能量密度、高安全性和長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì)，被業(yè)界普遍認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池技術(shù)。

圖片來(lái)源：視覺(jué)中國(guó)

近年來(lái)，學(xué)術(shù)界涌現(xiàn)了一些固態(tài)電池的新成果，其中不乏中國(guó)科學(xué)家。

據(jù)《光明日?qǐng)?bào)》報(bào)道，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授研設(shè)計(jì)并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰，其綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)，但成本不到后者的4%，適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該研究于今年6月27日發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

在固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化道路上，日企較為激進(jìn)。今年6月初，豐田宣布固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃，最早到2027年，豐田就將向市場(chǎng)投放搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)，充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。

豐田固態(tài)電池改變游戲規(guī)則？

據(jù)財(cái)聯(lián)社報(bào)道，豐田公司周二（7月4日）表示，已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破，能夠?qū)㈦姵氐闹亓?、體積和成本減半，這可能為電動(dòng)汽車(chē)的進(jìn)步帶來(lái)巨大的推動(dòng)力。

這家世界第二大汽車(chē)制造商已經(jīng)在推行一項(xiàng)計(jì)劃，到2025年推出配備先進(jìn)固態(tài)電池的電動(dòng)汽車(chē)。與液體電池相比，固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)更大。

豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示：“無(wú)論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池，我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池過(guò)大、過(guò)重、過(guò)貴的局面，在這方面的潛力上，我們將爭(zhēng)取將這些因素減半。”

海田指出，該公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了提高電池耐久性的方法，并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池，充電時(shí)間為10分鐘或者更短。

圖片來(lái)源：豐田中國(guó)官網(wǎng)

伯明翰大學(xué)商業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)教授戴維·貝利認(rèn)為，如果豐田公司的說(shuō)法屬實(shí)，那么這可能是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)里程碑時(shí)刻。“通常在原型階段會(huì)有一些突破，但要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模就很困難了。”他補(bǔ)充說(shuō)，“如果這是一個(gè)真正的突破，那么它可能是一個(gè)顛覆性的改變，甚至可以說(shuō)是電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的圣杯。”

據(jù)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道，該公司預(yù)計(jì)將在2027年開(kāi)始為電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)固態(tài)電池。

據(jù)每經(jīng)網(wǎng)此前報(bào)道，早在2020年8月，搭載全固態(tài)電池的豐田電動(dòng)車(chē)已取得牌照，開(kāi)始行駛實(shí)驗(yàn)。豐田方面向記者透露，2025年前，豐田的全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，首先搭載在混動(dòng)車(chē)型上；到2030年前，豐田的全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、穩(wěn)定量的生產(chǎn)。

“在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們了解到全固態(tài)電池里的離子會(huì)在電池中高速運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高功率輸出，我們希望這個(gè)特性能夠用于混動(dòng)車(chē)型上，發(fā)揮全固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)。”豐田方面表示。

2021年，豐田汽車(chē)宣布，到2030年，預(yù)計(jì)將投入1.5萬(wàn)億日元（約合人民幣881.2億元）用于開(kāi)發(fā)動(dòng)力電池及其電池供應(yīng)鏈，以期在未來(lái)十年的關(guān)鍵汽車(chē)技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先，并在電動(dòng)車(chē)和混動(dòng)車(chē)的價(jià)格方面保持持久的競(jìng)爭(zhēng)力。

據(jù)央廣網(wǎng)7月4日?qǐng)?bào)道，記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授開(kāi)發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。6月27日，該成果發(fā)表在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。

在具備極強(qiáng)成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)證明，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池展示了極為優(yōu)異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

研究人員介紹，氧氯化鋯鋰能以目前最低的成本實(shí)現(xiàn)和當(dāng)下最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能，對(duì)全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。

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