商業(yè)化之路早于鋰空氣電池豐田發(fā)力全固態(tài)鋰電池

與其他許多車企一樣，豐田也在鋰空氣電池上投入了大量研發(fā)精力。工程師追求更高的能量密度從而讓電動(dòng)車能夠跑得更遠(yuǎn)。

在2014鋰電池國(guó)際會(huì)議(InternationalMeetingonLithiumBatteries)上，豐田電池研究業(yè)務(wù)部的HidekiIba博士與豐田歐洲先進(jìn)技術(shù)小組的ChihiroYada博士指出，若克服各項(xiàng)技術(shù)障礙，鋰空氣電池要到2030年才能真正商業(yè)化。

在開(kāi)發(fā)鋰空氣電池技術(shù)的同時(shí)，豐田也在開(kāi)發(fā)全固態(tài)電池，目前其實(shí)驗(yàn)中的原型產(chǎn)品可達(dá)到400瓦時(shí)/升的體積能量密度。兩位專家對(duì)該類電池技術(shù)也作出了預(yù)測(cè)，在克服技術(shù)障礙的前提下，全固態(tài)電池可在2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，比鋰空氣電池早5年。

全固態(tài)電池具有能量密度大和額定功率高的特點(diǎn)，使它具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jīng)驗(yàn)證全固態(tài)電池放電率可達(dá)到50C。

相比傳統(tǒng)鋰電池，全固態(tài)電池除了體積能量密度較高之外，還具有以下優(yōu)勢(shì)：

1、封裝效率更高。全固態(tài)電池設(shè)計(jì)可支持串行疊加排列(in-seriesstacking)和雙極結(jié)構(gòu)(bi-polarstructure)。緊密的排列可減少電池組中無(wú)效空間(deadspace)的體積。

2、更安全。全固態(tài)電池不會(huì)有電解液泄漏的隱患，并且它的不易燃物性和無(wú)機(jī)電解質(zhì)使其熱穩(wěn)定性更強(qiáng)。

3、更長(zhǎng)的使用壽命。

“全固態(tài)電池在先前一段時(shí)間面臨的技術(shù)障礙是功率密度不夠高。原因在于電池陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移電阻過(guò)高”Yada和Brasse兩位研究者如是說(shuō)。因此，全固態(tài)電池開(kāi)發(fā)過(guò)程中的主要任務(wù)就是提高它的功率密度。

研究者從以下3個(gè)方面對(duì)其功率密度進(jìn)行改進(jìn)：

1、開(kāi)發(fā)能夠更易傳導(dǎo)鋰離子的固態(tài)電解質(zhì)?？梢圆捎醚趸铩⒘蚧?、氮化物作為固態(tài)電解質(zhì)材料。硫化物電解質(zhì)可以提供更高的離子傳導(dǎo)性，例如Li10GeP2S12化合物的離子傳導(dǎo)率可達(dá)0.012西門子/厘米。

德國(guó)馬普研究所(MaxPlanckInstitute)研究者近期則開(kāi)發(fā)出2種具有超高傳導(dǎo)率的固態(tài)鋰電解質(zhì)，分別為L(zhǎng)i10SnP2S12與Li11Si2PS12，它們均具有極強(qiáng)的鋰離子擴(kuò)散性?；衔镏械墓柙厥惯@兩種化合物的鋰傳導(dǎo)率甚至超過(guò)了上述Li10GeP2S12化合物。

2、改善電解質(zhì)與電極間的界面物質(zhì)，降低轉(zhuǎn)移電阻。Yada和Brasse指出：“固態(tài)電池中電解質(zhì)與電極間界面電阻高的問(wèn)題可通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)彌補(bǔ)，這在下一代電池設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。”

在2014鋰電池國(guó)際會(huì)議的一篇獨(dú)立論文中，Yada與他亥姆霍茲研究所(HelmholtzInstituteUlm)以及德國(guó)特種太空中心(GermanAerospaceCentre)的同事提出了一個(gè)固態(tài)電解質(zhì)數(shù)字模型，希望基于該模型對(duì)活躍電子和電解質(zhì)邊界的空間電荷區(qū)域獲得更多的了解。

3、提升活性材料中鋰離子的傳導(dǎo)性。在理想狀態(tài)下，能量密度高的電池中電解質(zhì)層很薄，電極層很厚，并且全都圍繞在活性材料周圍。為了滿足下一代電池的技術(shù)要求，研究者必須改進(jìn)電極活性材料的傳導(dǎo)性。

Yada和Brasse指出，雖然全固態(tài)鋰電池的“歷史”并不短，但行業(yè)內(nèi)仍將認(rèn)為它是一種全新的電池技術(shù)。然而，仍然有許多技術(shù)障礙待克服。通過(guò)分析調(diào)整電極與電解質(zhì)界面層的納米結(jié)構(gòu)將成為全固態(tài)鋰電池突破的關(guān)鍵點(diǎn)。

日產(chǎn)電池分析技術(shù)揭秘：鋰電池容量壽命靠它？

在年初日產(chǎn)對(duì)外宣布，正在開(kāi)發(fā)一項(xiàng)新的電池分析技術(shù)，利用該技術(shù)可直接觀察鋰離子電池充放電時(shí)正極材料中的電子運(yùn)動(dòng)。從而進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)電池材料，研發(fā)出容量更高、壽命更長(zhǎng)的電池。

據(jù)悉這能將現(xiàn)款電動(dòng)車的續(xù)航能力最高提升100%。而即將迎來(lái)?yè)Q代的日產(chǎn)聆風(fēng)(LEAF)其續(xù)航里程將突破300km，相比現(xiàn)款約150km的續(xù)航里程提升了一倍左右。雖然官方并未具體透露相關(guān)變化，但或許會(huì)跟這項(xiàng)分析技術(shù)有關(guān)。

如何提高純電動(dòng)車的續(xù)航里程，成為困擾汽車圈乃至科技界中的首要難題。而解決這難題的關(guān)鍵便是電池技術(shù)。

在這漫長(zhǎng)的發(fā)展長(zhǎng)河中，電池經(jīng)歷了從鉛蓄電池到太陽(yáng)能電池以及鋰離子電池等過(guò)程。其中鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等特性被廣泛應(yīng)用在汽車、筆記本、手機(jī)等行業(yè)，成為了電池圈中最炙手可熱的“大明星”。

全球首項(xiàng)電池分析技術(shù)，可觀察電子活動(dòng)基于現(xiàn)在最炙手可熱的鋰離子電池，日產(chǎn)分析與研究中心聯(lián)合東京大學(xué)、京都大學(xué)以及大阪府立大學(xué)成功研發(fā)出了一種可直接觀察電子活動(dòng)狀態(tài)的電池分析技術(shù)！

通過(guò)最直觀的精確觀察電池內(nèi)部的電子活動(dòng)，從而進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)電池材料，為未來(lái)研究性能更好、壽命更長(zhǎng)的電極材料提供了空間。這項(xiàng)發(fā)明也填補(bǔ)了電池分析技術(shù)領(lǐng)域上的空白。

日本超級(jí)計(jì)算機(jī)——地球模擬器

這項(xiàng)新的電池分析技術(shù)運(yùn)用了L吸收限(注1)的X放射吸收光譜(注2)，可以直接觀察參與電池反應(yīng)的電子流動(dòng)。并且，通過(guò)與日本超級(jí)計(jì)算機(jī)，地球模擬器(注3)的第一原理計(jì)算法(注4)相結(jié)合，以高精度獲得了以前只能間接推斷的電子移動(dòng)量。

注1.吸收限：指物質(zhì)對(duì)X射線的吸收量隨輻射頻率的增大而改變，當(dāng)輻射頻率增加至某一限度時(shí)吸收量會(huì)驟然增大，這個(gè)限度稱作吸收限。吸收限的大小與原子中電子的能級(jí)有關(guān)，可分為K吸收限和L吸收限。

注2.X放射吸收光譜：通過(guò)照射不同強(qiáng)度的X射線，測(cè)量原子束縛電子的X射線吸收能量(吸收限)范圍，分析原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)的方法。

注3.地球模擬器：由日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)、日本原子能研究所以及海洋科學(xué)技術(shù)中心共同開(kāi)發(fā)的矢量型超級(jí)計(jì)算機(jī)，通過(guò)在計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)置“虛擬地球”，以預(yù)測(cè)及解析整個(gè)地球的大氣循環(huán)、地殼變動(dòng)、地震發(fā)生等大規(guī)模計(jì)算為目的而開(kāi)發(fā)。

注4.第一性原理計(jì)算法：不使用實(shí)驗(yàn)值的情況下計(jì)算電子狀態(tài)的方法。

電池能量密度提升150%，續(xù)航可提高一倍

目前，日產(chǎn)分析與研究中心已經(jīng)將新分析技術(shù)應(yīng)用于研發(fā)富含鋰離子的電極材料，這種材料有望將電池的能量密度提升150%。

日產(chǎn)高級(jí)副總裁兼日產(chǎn)分析與研究中心總裁高尾麻美表示：“這項(xiàng)分析技術(shù)的誕生意味著我們朝著高容量的下一代鋰離子電池研發(fā)又邁進(jìn)了重要一步，純電動(dòng)車滿電狀態(tài)下的行駛里程將大幅提升?！?br/>
日產(chǎn)新電池分析技術(shù)未來(lái)將應(yīng)用車型猜想

作為日產(chǎn)電動(dòng)車的代表，任何一項(xiàng)新的電動(dòng)車技術(shù)勢(shì)必會(huì)應(yīng)用在日產(chǎn)聆風(fēng)之上，此項(xiàng)技術(shù)自然也不會(huì)例外。而日產(chǎn)旗下的豪華品牌英菲尼迪曾在國(guó)際車展上宣布，將會(huì)在2017年推出一款電動(dòng)三廂轎車(Q30)。

該車預(yù)計(jì)也將采用日產(chǎn)的新電池分析技術(shù)，同時(shí)還可能配備無(wú)線充電技術(shù)。此外，在國(guó)內(nèi)方面，基于聆風(fēng)打造而來(lái)的換標(biāo)啟辰晨風(fēng)也有可能是這項(xiàng)技術(shù)的受益者。

中國(guó)鋰電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)遇尷尬：車企與電池廠商角力

鋰電國(guó)標(biāo)缺失系列報(bào)道：標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之急

“標(biāo)準(zhǔn)缺失下的中國(guó)鋰電池行業(yè)發(fā)展至今，已經(jīng)到了破而后立的階段?！币晃婚L(zhǎng)期關(guān)注鋰電行業(yè)的投資商表示，中國(guó)鋰電池行業(yè)的發(fā)展從無(wú)到有，再到中日韓三足鼎立的局面，現(xiàn)在已到了整個(gè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期。

然而，由于整個(gè)鋰電池行業(yè)并沒(méi)有形成從材料、電芯、PACK、BMS到電池的可約束性標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的缺失在很大程度上給行業(yè)帶來(lái)了不利影響。從層出不窮的手機(jī)、移動(dòng)電源等消費(fèi)電子產(chǎn)品的電池起火爆炸事故就能窺出端倪。

事實(shí)上，隨著中國(guó)新能源汽車領(lǐng)域布局的不斷深化，建立以此為依托的中國(guó)鋰電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也成為規(guī)范鋰電市場(chǎng)的當(dāng)務(wù)之急。

“中國(guó)鋰電池行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，確立約束性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)刻不容緩?！备吖や囯姰a(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)張小飛認(rèn)為，聯(lián)合鋰電池材料、電芯、PACK、BMS到下游的電動(dòng)汽車等終端企業(yè)建立鋰電行業(yè)的產(chǎn)品規(guī)范的時(shí)機(jī)已經(jīng)形成。

在第一屆G20-鋰電峰會(huì)上，近20家成員企業(yè)一致認(rèn)為，起草G20-鋰電產(chǎn)業(yè)鏈核心材料及電芯產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)范已經(jīng)迫在眉睫。

有分析認(rèn)為，鋰電產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)實(shí)行強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，將有利于打破國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)低于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)慣性思維，積極協(xié)作引導(dǎo)市場(chǎng)化產(chǎn)品規(guī)范的建立，真正起到市場(chǎng)調(diào)控的作用，建立隱性的市場(chǎng)準(zhǔn)入規(guī)范。