东芝:成功开发水系锂离子二次电池,不易燃且实现低成本

东芝于2020年11月19日宣布,已开发出世界首个可在零下30℃下使用的水系锂离子二次电池(以下,简称“水系电池”)。该电池采用水作为电解液,因此即使在由于外部因素而引起火灾的情况下,也不会引起电解液燃烧,安全性较高。东芝将争取尽快提供该电池样品。

太阳能发电等可再生能源的使用不断扩大,但其发电量会受时段和天气左右,因此为了稳定使用,对蓄电池的需求不断提高。关于蓄电池,一般采用锂离子二次电池,而为了维持3.7V以上的高电压,其电解液通常采用易燃有机溶剂。

所开发锂离子电池的概念图  来源:东芝

东芝此次新开发的水系锂离子二次电池采用不易燃的锂钛氧化物(LTO)代替石墨作为负极材料。另外,为了进一步提高安全性,考虑到外部因素引起火灾的情况,采用不易燃的水溶液作为电解液。

传统水系电池的课题在于,长期使用后水溶液会发生电解反应,从而导致充放电反应无法进行。针对该课题,东芝开发了一种独特的电池结构,即将锂盐浓度高的高浓度电解液与固体电解质隔膜组合使用。通过防止氢离子从正极向负极的移动来抑制水溶液的电解,实现了约2000次以上的充放电,是传统技术的10倍。此外,该电池作为水系电池,还可以达到2.4V的高电压。而且,通过使用在低温下也不会结冰的水溶液,即使在零下30℃下也可以充放电。

由于该锂离子电池中使用的电解液不含可燃物且不属于消防法规定的危险物,因此与传统锂离子电池相比,可以大幅简化设置时的安全措施。此外,设置地点的限制也被放宽,可以设置在住宅附近及办公楼中,并且通过使用水溶液类电解液,有望简化制造设备以降低成本。


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