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《日本全固态电池研究取得新进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者： guokm
  • 发布时间：2018-08-14

  • 　　日本东京工业大学等机构研究人员近日研发出可超高速充放电的全固态电池，朝着全固态电池实用化方向迈出一大步。

    　　全固态锂电池是一种使用固体电极和固体电解质的新型电池。其高密度性、高安全性、高输出功率等性能与传统液态电池相比更具优势，在新能源汽车领域应用前景广阔，是有望替代目前锂离子电池的下一代电池。

    　　尽管全球多国都在竞相研发全固态电池，但其实用化面临一大难题：高压电极和固体电解质相接触的界面上存在较高的电阻，影响电池性能，迄今尚没有明确解决方案。

    　　东京工业大学研究人员和日本工业大学、东北大学等机构的同行合作进行了这一研究，他们改良了锂电极材料，使得界面电阻降到极低水平，并成功实现了全固态电池的超高速充放电。

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  • 《新型固态锂金属有机电池研发取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2022-07-21
    • 由于具有较好的安全性和高理论容量，以固态电解质来代替液态电解液的固态锂金属电池研发备受关注，因而固态电解质的开发也显得尤为重要。记者17日从云南大学材料与能源学院获悉，该院郭洪教授团队近期在新型固态锂金属有机电池研发上取得了最新进展，国际期刊《碳能源》发表了相关研究成果。 　　以往的研究、生产主要集中在硫化物、卤化物、氧化物等无机类电解质，然而这些固态电解质存在刚性及对空气敏感等缺点，影响电池的界面稳定性和循环与倍率性能。 　　近年来，有机聚合物电解质具有柔性易成膜等优势而逐渐引起重视，而共价有机框架材料是一类比较具有应用前景的单离子固态电解质的载体，但需要研究者深入研究活性位点数量和骨架结构对锂离子电导率、迁移数及电池性能的影响规律。 　　基于目前的研究现状以及面临的问题，并结合此前的研究基础，郭洪教授团队设计并制备出三种羧酸锂调控的共价有机框架单锂离子导体材料。他们从不同骨架结构和活性位点数量对锂离子电导率、迁移数的影响，结合理论计算的方式，深入研究了三种材料的静电势分布，并采用密度泛函理论计算分析锂离子迁移路径和能垒的差异。 　　随后，研究团队组装了以锂金属为负极，有机小分子环己六酮为正极，所构筑的单离子导体为固态电解质的准固态电池。经过性能测试和理论计算结果表明，单离子导体可以有效抑制锂枝晶生长，准固态电池可以解决有机小分子正极材料在电解液中的溶解，这种策略为构筑高效准固态锂金属有机电池提供了重要的理论基础和技术支持。
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  • 《全固态电池商业化还要5-10年》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2020-08-18
    • 　相较于传统的锂离子电池，固态电池能提供更好的续航能力和安全性，但目前而言，固态电池迫于技术和成本的双重制约，距离产业化仍然需要很长时间。 　　光大证券认为，固态电池有望成为下一代高性能锂电池。目前中国大部分的汽车厂商和新能源厂商也在参与固态电池的研发。 　　固态电池的不同技术路径 　　2019年12月，工信部发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》（征求意见稿），在“实施电池技术突破行动”中，加快固态动力电池技术研发及产业化被列为“新能源汽车核心技术攻关工程”。这意味着固态电池有望上升至国家战略层面。 　　固态电池是以固体材料来代替现有锂离子电池中使用的液体成分，固态电解质的厚度仅3~4微米，非常轻薄，不仅减小了体积，也降低了重量。 　　固态电池的技术发展采用逐步颠覆策略，液态电解质含量逐步下降，全固态电池是最终形态。依据电解质分类，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类，其中半固态、准固态和全固态三种统称为固态电池。 　　不过，固态电池的技术路线目前仍有很大分歧。 　　固体电解质可大致分为三类：无机电解质、固态聚合物电解质、复合电解质。目前业内比较看好的材料包括固态聚合物、硫化物、氧化物、薄膜等。 　　光大证券认为，聚合物固态电解质将率先实现应用，但存在高成本和低电导率两个致命问题。 　　目前主流的聚合物固态电解质是聚环氧乙烷（PEO）电解质及其衍生材料。相比之下，氧化物固态电解质综合性能好，进展最快。硫化物固态电解质电导率最高，研究难度最大，开发潜力最大，但如何保持高稳定性是一大难题。高能聚合物体系仍处于实验室研究阶段，LiPON薄膜型全固态电池已小批量生产，非薄膜型已尝试打开消费电子市场。 　　近年来多家中国企业建立氧化物固态电池生产线。 　　苏州清陶新能源在江苏昆山建成投产的固态锂电池生产线，单体能量密度达400Wh/kg以上，拟于2020年进入动力电池应用领域。 　　辉能科技与南都电源合作建立的国内首条1GWh规模的固态电池生产线也将于2020年建成，公司今年4月刚完成D轮融资，用于加速固态电池商业化落地和工厂建设，辉能在氧化物固态电池方面取得了一定的成果。 　　日韩和欧洲企业则投入了大量资金进行硫化物固态电解质的研究。 　　2020年日本丰田计划推出搭载硫化物固态电池的新能源汽车，计划于2022年实现量产。十几年前丰田已开展固态电池研发工作，不仅获得了固态电解质材料、固态电池的制造技术等方面的专利，还研发了一整套的正极材料和硫化物固态电解质材料回收的技术路线和回收工序。三星和宝马也都在研发硫化物固态电池的技术。中国的宁德时代（300750.SZ）也在这一方向上发力。 　　全固态电池商业化还要5~10年 　　今年3月初，三星高等研究院（SAIT）与三星日本研究中心（SRJ）在《自然-能源》介绍了其在固态电池领域的最新进展，称已经开发出一种高性能全固态电池。这种电池的循环寿命超过1000次，可以让电动汽车在单次充电的情况下行驶800公里。 　　丰田也在联手松下开发固态电池领域技术；宝马于2017年开始牵手Soild Power开发固态电池，福特和三星也于去年投资了Solid Power；大众也表示将在欧洲建厂生产固态电池，有望在2024~2025年间实现量产。 　　另一家瞄准动力电池市场的是戴森。戴森创始人詹姆斯·戴森表示，向其他车企出售固态电池是一个进入汽车行业的选项。 　　光大证券称，固态电池领域已经进入“军备竞赛”阶段，各企业期望抢占先机以赢得市场份额。固态电池领域市场参与者众多，车企、电池企业、投资机构、科研机构等在资本、技术、人才三方面进行博弈。随着越来越多的企业加入，固态电池产业化进程不断加速，按照目前的发展情况，2021~2025年固态电池将实现初步应用。 　　不过全固态电池的商业化还需要很长时间。去年底，宁德时代一位电池开发负责人曾表示，全固态电池实现商品化要到2030年以后。 　　光大证券研报显示，固态电池的工艺路线尚不成熟，降本仍需过程，全面产业化预计需要5~10年。例如三星的固态电池虽然能够达到长续航，但生产环境要求苛刻，银碳层大规模生产所需的贵金属纳米银成本较高，短期产业化并不现实。 　　国内固态电池产业化进程正在不断加速。 　　国轩高科2019年推出了半固态电池的试生产线；赣锋锂业年产亿瓦时级第一代固态锂电池研发中试生产线已建成试产，不久将正式投产；比亚迪也曾表示正在积极推进固态电池项目商用；宁德时代的全固态电池还在开发中，预计2030年后实现商品化。 　　此外，天齐锂业2018年开始布局固态电池，其参股公司美国Solid Energy主要开发和生产具有超高能量密度、超薄锂金属电池，开发电解液和负极材料。2018年宣布与中国科学院等机构进行固态电池技术合作，目前尚处于实验试制阶段。鹏辉能源固态电池处于研发阶段，计划在未来2~3年内推出固态电池产品。 　　近两年内固态电池生产线迎来一轮不小的投产潮，清陶、卫蓝新能源、辉能科技等企业将建固态电池生产线，虽然目前各企业均未公布固态电池成本，但此前已有预测，固态电池成本将远高于锂离子电池，未来固态电池若想实现产业化，降本则成必然。 　　光大证券认为，固态电池的生产可组合传统锂离子电池产业链。与传统锂离子电池相比，固态电池电芯制备不存在革命性创新，只是电极和电解质制造环境要求更高，需要在惰性气体保护下或在干燥间内进行，这与制造超级电容器、锂离子电容器等空气敏感储能器件的生产环境相似。
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