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日本技术的世界竞争力:出光、丰田、产综研等日本顶尖企业的全固态电池开发

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摘  要:虽然日本提出到2030年将温室气体排放量减少46%,以及进一步到2050年实现碳中和,但是其行动已落后于世界。在这样的背景下,日本在开发能力和技术能力上领先世界的是以“全固态锂硫电池”为首的全固态电池领域。出光兴产、丰田、日立造船、产业技术综合研究所(产综研)、GS汤浅等日本代表企业都在竞相开发全固态电池,本文对全固态电池的特点以及未来展望进行了总结。

关键字:全固态电池、固体电解质、硫化物全固态电池、氧化物全固态电池、氮化物全固态电池

 

 

目录

  • 与现行的锂离子电池相比,全固态电池有哪些优势?

  • 哪些企业开发出输出性能优异的硫化物全固态电池?

  • 在氧化物全固态电池中,全固态硫电池、全固态钠离子电池等备受关注

  • GS汤浅开发氮化物全固态电池的电解质,日产将于2028年确立量产体制

 

与现行的锂离子电池相比,全固态电池有哪些优势?

 

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首先,将介绍什么是全固态电池。

 

目前,锂离子电池作为主流蓄电池,在充放电过程中运输离子的是液体电解质,而顾名思义,全固态电池就是指电解质为固体的电池。在EV相关领域中也特别重视全固态电池的研发,理由之一是其不易起火,安全性高。锂离子电池使用可燃性有机电解液,而全固态电池则使用不易燃烧的无机固体电解质颗粒。

 

此外,随着耐高温且具有高离子电导率的固体电解质的发现,相比于传统液态锂离子电池,全固态电池有望以更大电流进行快速充电。

 

容量大也是其优势之一。2021年10月,大阪府立大学研究生院工学研究科小组证实了能量密度约为锂离子电池两倍的全固态电池的可行性。这项研究阐明了硫化锂正极活性物质(在电池正极侧进出锂来储存和提取能量)的容量与固体电解质的耐分解性之间的关系。在此基础上,开发了高能量密度的全固态锂硫二次电池用(二次电池是可以充电并反复使用的电池。以下简称“全固态锂硫电池”)正极。扩大了在全固态电池中备受关注的锂硫电池的可能性。

 

此外,由于不用担心液体泄漏,因此不会受形状束缚,可以变薄、弯折或堆叠成多层结构。这使得电池能够耐热和耐压,即使被轻微划伤也不会失去其特性。

 

全固态电池可以根据使用的电解质不同分为以下几种类型。

 

具有代表性的是硫化物全固态电池和氧化物全固态电池两种,然后是氮化物全固态电池和其他类型的全固态电池。

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