日本产综研与京都大学共同研发出锌空气二次电池新型电解质

2019年7月,日本产业技术综合研究所(产综研)-京都大学能源化学材料开放创新实验室(ChEM-OIL)的陈致尧研究员与窪田啓吾主任研究员等人宣称,其与京都大学能源化学研究生院的松本一彦教授等人合作开发出了一种新型电解质。该电解质能够抑制因充放电引起的劣化、延长锌空气二次电池寿命。

锌空气电池因其重量轻和容量大而作为新一代蓄电池备受关注。另一方面,其也存在一些问题。如,电解质为水溶液,电解质中的水分挥发导致电解液劣化;电解质为碱性,与空气中的二氧化碳发生反应生成氧化锌导致电极性能降低;在负极上生成枝晶。

现有锌空气电池结构及问题 出自:产综研

在京都大学的协助下,产综研致力于研发将锌空气电池转换为二次电池的材料。本次使用的电解质是氯化锌水合物熔融盐,其具有高浓度的氯化锌。该电解质为酸性,不与二氧化碳发生反应;通过将氯化锌的浓度提高到极限值,可以抑制挥发性并同时抑制枝晶的形成。

锌离子中水分子配位的浓度依赖性 出自:产综研

对比研究了使用碱性水溶液作为电解质的常规锌空气二次电池和使用氯化锌水合物熔融盐的锌空气二次电池的充放电效率。结果表明:使用碱性水溶液的锌空气二次电池反复充放电数次后效率急剧下降,第五次充放电效率尚不足首次充放电效率的20%。

与此相对,在使用了氯化锌水合物熔融盐的锌空气二次电池中,即使反复充放电10次后,其充放电效率与首次充放电效率相同,且电压没有降低。解决了将碱性水溶液用作电解质时的问题,并延长了电池的寿命。

使用不同电解质时锌空气二次电池的充放电效率对比图 出自:产综研

参考日本报道原文:https://eetimes.jp/ee/articles/1907/08/news027.html

2019全固态电池实用里程碑之年

全固态电池的实用化已近在眼前。全固态电池具有良好安全性及易于大容量化等特点。日本电子元件生产商TDK公司计划近期内批量生产小容量小型产品,同时预计到2020年前期将在汽车上配置大容量产品,有望取代锂离子二次电池。虽然完全普及还需要一段时间,但纵观全局今年将是全固态电池实用的里程碑之年。

目前的锂离子电池机理上是通过锂离子来回于充满液体电解质的正极和负极之间的“水槽”进行充放电。与此相对,全固态电池的电解质为固体,突出的优势主要有:

目前,最接近实用的是一种在电解质中使用了陶瓷材料的小型电池。这种电池由电子零部件企业利用层合陶瓷电容器等技术进行开发。TDK公司已开发贴装在基板上的芯片型固态充电电池,名为“CeraCharge”,官方表示“如果置换为纽扣电池,可使搭载设备小型化,也可进行充电”, 目前这款电池每月生产3万件样品,计划今年内正式批量生产。同一领域,富士通旗下电子零部件制造商FDK公司也从去年12月开始了样品供货,村田制作所也预计在2019年度投产。虽然各厂商电池在容量上多少有些差异,但在产品方向上都主要瞄准了小型IoT(物联网)及可穿戴设备。

TDK公司芯片型固态充电电池

另一方面,使用含有硫化物的无机电解质材料的电池也已开始实用,首当其冲的厂商是日立造船。该公司开发了厚度仅为0.3毫米的薄片电池,目标2019年度内实现商品化并已启动样品供货。该公司利用子公司的压力机技术,确立了粉末电解质压固技术。与现有将液体多次干燥形成固体的方法相比可省略工程、降低成本。官方表示“将首先向特殊用途方向出售产品,例如在宇宙空间使用的电子设备等。”预计将来还将向大需求市场的汽车行业提供产品。

日立造船生产的薄片电池

丰田汽车于2017年10月在东京车展上就已宣布将在2020年前期完成全固态电池的商品化。计划到2030年为止将在车载电池开发及生产上投资1.5万亿日元,目前正与东京工业大学等开展相关研发项目,在去年12月宣布的与松下的合作内容中也包括了全固态电池的开发及生产。

目前,美国在电池领域的风险投资发展显著,中国势头也很猛进,时下世界范围内的开发竞争十分激烈,日本虽在材料等方面拥有最尖端的技术,但能否继续由日本掌握主导权目前还是个未知数。据富士经济表示,全固态电池市场在2017年仅为21亿日元,到2035年预计将扩大到2兆7877亿日元。能否在这个极具潜力的市场中生存下去,关键在于今后几年的不断努力。

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参考日本报道原文:http://suo.im/5iSQwX

 

 

戴森,以EV的电池革新向丰田发起挑战

对于大多数人来说,戴森的名字是真空吸尘器和强大的空气干燥器的代名词。但最近有一则惊人消息,该公司宣布进军纯电动汽车(EV)领域,并称新车预计在2020年发售。为此,该公司截至2016年12月已投资超过20亿英镑,接近25亿英镑(约合3750亿日元),并且已经组建了拥有400多个人的专业团队,其中包括汽车行业的人才。虽然从不同领域进入EV并不罕见,但戴森公司的用于电动汽车的创新电池在汽车领域备受关注。

这是一种全固态电池。 目前,作为解决世界上销售的EV的大半所搭载的锂离子电池所具有的各种问题的“梦想电池” 而备受期待。 它拥有诸多优点,其一,安全性极高;其二,由于都使用固体作为电解质,因此不会发生液体泄漏;其三,由于固体电解质很硬,因此不容易发生短路。另外,还可以大大缩短充电时间。

但是,在所有全固态电池的不断开发中,产生划时代的成果的是丰田汽车公司和东京工业大学。在他们的共同研究下,研发了性能更加优异的全固态电池,使得在3分钟左右就能够充满电成为可能。

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混合动力汽车 特開2018-114874

过滤装置及电池冷却装置 特開2018-114440

电动汽车的电源装置 特開2018-121453

燃料电池系统 特開2018-125197

燃料电池 特開2018-116861

活用AI 全固体电池电解质的开发时间大幅缩短

富士通发表声明,通过与理化研究所合作,活用第一原理计算和AI (人工智能)技术,确认了用于全固体锂离子电池的电解质的组成预测的有效性。

由此证明,即使在从大计算负荷的材料模拟方法之一的第一原理计算得到的数据仅为少数的情况下,也能够通过组合AI来有效地搜索最佳的材料组成,大幅度缩短材料的开发期间。


迄今为止,材料开发的成功不得不依赖于研究者、技术人员的经验、直觉,此外也需要大量失败的堆积。另一方面,第一原理计算只要指定材料组成就能够基于量子力学来预测特性,因此在实验之前预测新的高功能材料的最佳组成,有助于降低实验的失败。但是,在计算负荷较大,对于各种组成要一次进行大量计算时,花费时间过多。

现在,通过使用作为AI方法之一的贝叶斯估计法(根据贝叶斯概率的算法,从观测到的事实概率地推断其原因的现象的方法),将第一原理计算的计算次数控制为几十分之一。由此,作为用于全固体锂离子电池的固体电解质的候选材料之一,对于由3种含锂氧酸盐合成的化合物,在现实的时间内预测用于实现高锂离子传导率的最佳组成方面取得了初次成功。

进一步地,实际进行了化合物的合成和分析,实现了预测的组成附近比其他组成的锂离子传导率高,证实了预测的正确性。

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全固体电池 特開2017-228453

固体电解质和全固态电池 特開2017-162657

全固体电池 特開2017-157394

全固体电池 特開2017-152324

全固体电池 特開2016-154102

 

 

日立化成、锂离子电池寿命的1.5倍 向电解质中添加其他物质

日立化成将增加锂离子电池材料的种类。6月4日,该公司宣布将与美国Silatronix公司合作,开始销售与电解质混合的添加剂,而电解质是充电和放电的重要组成部分。预期电池寿命将增加1.5倍。正在考虑在日立化成工厂生产,计划在3年内开始生产和销售。
锂离子电池通过电解液在正极和负极之间交换离子以进行充电和放电。Silatronix开发了有机化合物,将其添加到电解质中。易防止电解液的劣化,并且延长电池寿命。今年3月,日立化成公司与Silatronix公司签订了生产和销售添加剂的合同。具体的生产和销售计划将从现在开始准备。
日立化成已将碳材料用于锂离子电池的负极、并制造正极和负极材料用的树脂,将其出售给电池制造商。这次是锂离子电池材料的第三个项目。 自16年以来,Silatronix出资并共同验证了该产品的有效性。
锂离子电池比旧铅电池更轻,电能更大。除了智能手机和个人计算机之外,电动车辆等对其需求也正在扩大。

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二次电池及二次电池的制造方法 特開2018-092830

非水电解液二次电池 特開2018-045897

锂离子二次电池 特開2018-092778

模块电池 特開2018-055892

全固体锂离子二次电池 特開2018-073513