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日本开发出耐寒的全固态电池用电解质

2020/11/23

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      日本静冈大学讲师守谷诚与东京工业大学教授一杉太郎等人组成的研究小组,开发出了可用作“全固态电池”电解质的有机分子结晶。全固态电池是被期待应用于纯电动汽车(EV)等的新一代蓄电池。研究小组开发的分子结晶的特点是,与以往的技术相比,容易在低温下发挥作用。因此,在冬季最低气温达到零度以下的寒冷地区,应用于当地使用的汽车等将成为可能。

       

静冈大学讲师守谷和东京工业大学教授一杉等人组成的研究小组开发的固态电解质结晶(图片由研究小组提供)

        

      全固态电池是面向汽车以及IoT(物联网)设备用途推进开发的新一代蓄电池。正极和负极之间设置的电解质呈固态。普通锂离子电池的电解质为液态,但接触空气后,存在起火风险。配备此类电池的纯电动汽车发生事故后存在安全隐患。因此,开发出无需担心起火、使用固态电解质的电池被认为成为需要。

  

      目前业界正在讨论开发利用玻璃等无机物或者聚合物等有机材料的固态电解质。但因为材料较硬,存在难以加工的缺点。需要在技术上兼顾离子导电性和适合电解质的可成型性,使用此前找到的材料,很难达到实用水平。

     

此次新开发的电解质的单晶结构。加热液化后再度冷却,可以重新结成晶体(图片由研究小组提供)

  

      此次,研发小组开发出了由双氟磺酰亚胺锂(LiFSA)和丁二腈(SN)组成的名为“分子结晶电解质”的固体电解质。分子结晶电解质通过适当调整锂盐及有机分子的组合及反应比,在晶体中规则排列分子。可以分子状态形成离子通道,传导率提高。

   

      新开发的电解质在常温下传导率跟过去开发的分子结晶电解质的最高值相当,但在摄氏零下20度时,传导率达到原来100倍。在寒冷地区也能顺畅工作,因此可以期待成为纯电动汽车用全固态电池的材料。

 

      制造工序也得以简化。首先,混合双氟磺酰亚胺锂和丁二腈后加热,然后,仅仅通过冷却到室温,就可以获得单晶。再加热时,又恢复液状,冷却时,再度结晶。可以像液体一样制作电池,作为电池使用时,又可作为固体使用。不管在制造方面还是在实用方面都成为了易于处理的电解质。

  

      研究小组今后还力争利用分子结晶的特性开发新型电解质。分子结晶即使受热融解,通过冷却,还会再度结晶。因此,即使电池组中的电极膨胀或收缩,也可以通过加热使电解质液化,填入多余的空间。据称,还有可能开发出能自我修复的电池。例如,在使用过程中,固体电解质出现裂缝等,也可以利用大电流加热使其液化,从而实现自我修复。

  

      日本经济新闻(中文版:日经中文网)矢野摄士

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