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探尋車載充電電池現(xiàn)狀:新一代技術誕生
來源:技術在線 日期:2010-5-20 作者:全球電池網(wǎng) 點擊:

各廠商面向電動車輛等的車載鋰離子充電電池的量產計劃紛紛確立,但電動汽車要想普及,其性能還不夠完善。原因是充電一次的行駛距離較短。例如,日產汽車的電動汽車“綠葉”配備24kWh的鋰離子充電電池,充電一次的行駛距離為160km左右。這一距離只是目前的汽油車的1/3左右。

要想解決該問題,就需要開發(fā)容量更高、更安全的新一代電池。目前的車載鋰離子充電電池的能量密度為100~150Wh/kg左右。如果能將其提高2倍、3倍,行駛距離就能相應延長。關于鋰離子充電電池的高容量化,正如連載二中提到的那樣,各電池廠商以2015~2020年前后為目標,提高正極材料的電壓、和采用高容量硅類負極材料。另外,為了在之后的2030年前后實現(xiàn)可將容量提高至現(xiàn)有電池數(shù)倍以上的Li-S電池和Li空氣電池等后鋰離子充電電池,為此而進行的基礎研究在全球日益活躍。

近來,美國IBM于2009年6月宣布將著手開發(fā)Li空氣電池等后鋰離子充電電池,美國的開發(fā)時機已經非常成熟。日本方面,豐田于2008年6月作為開發(fā)創(chuàng)新性電池的基礎研究部門,新設了“電池研究部”,開始積極進行基礎研究。

與目前的鋰離子充電電池相比,Li空氣電池能量密度的理論值可達15倍以上,Li-S電池也能達到10倍以上,均有望獲得提高。Li空氣電池的正極利用大氣中的氧,單位質量及單位體積的能量密度可實現(xiàn)飛躍性提高,因此一直在作為終極電池進行研究。

而Li-S電池正極采用S、負極采用Li,有望實現(xiàn)超過1000Wh/kg的電池單元。不過,兩款電池目前還均存在無數(shù)課題。Li空氣電池的正極構造與燃料電池相同,因此需要形成利用催化劑與氧發(fā)生反應的構造。而且,作為充電電池使用的話,需要還原在空氣極發(fā)生反應的鋰氧化物等,迄今為止尚未達到實用水平。

另一方面,Li-S電池與空氣電池相比正極構造雖然比較簡單,但存在進行充放電時S會在電解液中溶解的問題,以及電子傳導度較低等課題。另外,兩款電池的負極均使用金屬鋰,因此在反復進行充放電的過程中,負極會產生枝狀的鋰析出物——樹突(dendrite)。

在不斷進行的研究中,固體電解質受到越來越多的關注。目前,離子傳導度高達3~5×10-3S/cm的硫化物系固體電解質已經面世,雖然用于大型電池的可能性較低,但終于看到了希望。尤其是Li-S電池,由于同為硫化物系,因此匹配度非常高。通過制造正極材料S與固體電解質的復合體,有望提高特性。

Li空氣電池利用固體電解質與利用電解液時相比,有望簡化空氣極的構造。這些電池目前仍處于基礎研究階段,能否實現(xiàn)實用化前景尚不明朗,但毋庸置疑的是,車載領域的需求正推動開發(fā)新一代電池。

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