后锂电池时代：哪种电池技术会脱颖而出
空气电池采用新的离子液体
& & &&比全固体电池的潜力还要高的是被称为“终极电池”的锂空气电池。锂空气电池的正极采用空气中的氧，因此可大幅提高能量密度。不过，有观点指出空气极的还元反应存在难题等。
在本届电池研讨会上，丰田宣布通过在锂空气电池的电解液溶剂中采用离子液体N，N─二乙基─N─甲基─N─甲氧基铵双三氟甲基磺酰胺（DEME-TFSA），可实现与有机溶剂相当的容量（图11）注6）。
图11：与有机溶剂差不多的离子液体
丰田通过在锂空气电池的电解液溶剂中采用乙醚类离子液体DEME-TFSA，实现了与有机溶剂相当的容量。
注6） 丰田与丰田中央研究所以“作为Li-O2电池用电解液的乙醚类离子液体”为题发表了演讲［演讲序号：2G04］。
& & &锂空气电池用电解液溶剂的研发主流——有机溶剂虽然有望实现高容量化，但副反应较大而且有挥发性，因此缺乏稳定性。丰田之前采用N─甲基─N─丙基哌啶双三氟甲磺酰胺（PP13-TFSA）离子液体也确认可以像理论上一样发生充放电反应，但一直存在容量低的课题。此次的DEME-TFSA与PP13-TFSA相比有望实现约3倍的高容量化。
& & &有机化合物备受期待
& & &虽然着眼于2030年的新一代电池研究相关的话题比较多，但旨在提高目前的锂离子充电电池性能的研究开发势头也丝毫没有减退。
& & &目前的锂离子充电电池正极材料采用钴酸锂（LiCoO2）、3元系（LiNiMnCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）等（图12）。不过，这些正极材料的理论容量都在200mAh/g以下。因此，探索容量在200mAh/g以上的新材料，以及为将最大性能提高到理论容量值而在正极材料中添加添加物的开发日益活跃。
图12：多样化的正极材料
在本届电池研讨会上，关于有机化合物和固溶体类材料等正极材料的发表有很多。
& & &容量最大提高到1000mAh/g
& & &在通过采用新材料实现200mAh/g以上锂离子充电电池的候补技术中，关注度最高的是有机充电电池。正极采用有机化合物的有机充电电池的理论容量最大可达到近1000mAh/g。而且不使用重金属。因此具备重量轻，资源限制少的优势。
不过，有机充电电池虽然单位重量的能量密度高，但单位体积的能量密度却比较低。而且，锂电位大多只有2～3.5V。因此，要想实现与目前的锂离子充电电池相同的能量密度，至少要找到具备400～600mAh/g容量的有机化合物。
& & &村田制作所计划有机化合物“采用红氨酸，力争2020年前后实现业务化”（该公司）。红氨酸如果发生四电子反应，就能实现890mAh/g的理论容量。在本届电池研讨会上，作为本田技术研究所与日本Carlit的共同研究成果，展示了正极材料采用红氨酸的半电池单元的充放电特性（图13）注7）。初次放电时的容量为750mAh/g，第二次以后稳定在650mAh/g。反复充放电100次后也保持了430mAh/g的比容量。
图13：利用有机化合物实现高容量化
有机化合物与现行的材料相比可提高正极的比容量。村田制作所将红氨酸定位为主要候补，已确认可将容量密度提高到650mAh/g左右。
& & &&注7） 村田制作所与、本田技术研究所和日本Carlit以“正极活性物质采用红氨酸的高能量密度充电电池”为题发表了演讲［演讲序号：3E18］。
& & &松下也是致力于有机充电电池开发的企业之一。该公司大幅改善了有机充电电池的课题——充放电循环特性注8）。松下发布的成果是，将拥有四硫富瓦烯（TTF）构造的聚合物材料（TTF聚合物）用作正极活性物质，反复充放电3万次后仍维持了58％的放电容量。“通过提高共聚比率，构造稳定，提高了循环特性”（该公司）。
& & &注8） 松下以“具备四硫富瓦烯的聚合物正极活性物质的电气化学特性”为题发表了演讲［演讲序号：3E16］
& &&虽然试制电池的放电容量只有114mAh/g，作为有机充电电池比较低，不过某电池相关人士吃惊地表示，“（松下的）成果证明，如果抑制电解液的溶解，有机充电电池也能实现出色的充放电循环寿命”。
&& &除此之外，松下还与京都大学的吉田研究室共同进行了开发。在电池研讨会结束后的日，发布了支持30C高速充放电的有机充电电池（图14）。采用连接两个酮形成环状构造的环状1，2─二酮。酮由碳和氧构成，因此无需担心资源短缺，还能降低成本。通过将酮形成环状实现了稳定化。试制电池的容量为231mAh/g，充放电500次后仍保持了83％的容量。
图14：可高速充放电的有机充电电池
京都大学和松下开发出了正极材料采用将两个酮连接形成环状构造的环状1，2-二酮的有机充电电池（a）。支持30C的高速充放电（b）。
新闻线索：400-&&&&合作咨询： &&&&免费注册：
[责任编辑：肖何]
免责声明：本文仅代表作者个人观点，与中国电池网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本网证实，对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺，请读者仅作参考，并请自行核实相关内容。
下一篇：没有了拒绝访问 | .cn | 百度云加速
请打开cookies.
此网站 (.cn) 的管理员禁止了您的访问。原因是您的访问包含了非浏览器特征(3b5e07e-ua98).
重新安装浏览器，或使用别的浏览器技术小站：
地点：深圳
时间：11月2日 14:00 - 17:00
地点：深圳
时间：11月8日 13:00 - 17:30
地点：东莞
时间：11月9日 14:00 - 17:00
地点：西安
时间：11月16日 14:00 - 17:00
快速定制一款自己的51开发板
ARM裸机开发实战(第1期加强版)
张飞硬件设计与开发视频教程
从0到1自己动手写嵌入式操作系统
张飞电子视频全套共十部
讲师：灵训教育
讲师：林超文
讲师：李述铜
讲师：张飞
移入鼠标可放大二维码
通过硅锡复合化寻找出路 - 后锂电池时代：哪种电池技术会脱颖而出
来源：本站整理 作者：春波绿影日 14:35
[导读] 　近几年，大型电池的市场需求日益高涨。对此起推动作用的包括今后有望普及的纯电动汽车，以及日发生东日本大地震后备受关注的定置用蓄电系统中使用的大型充电电池。此前的研发主角一直是用于便携终端的充电电池。但是，由于每台产品所需要的电池容量和性能大大超出便携用途，所以用于汽车及定置用途的大型电池逐渐成为研究的主要对象。
　　通过硅锡复合化寻找出路
　　锂离子充电电池的负极材料方面，采用石墨的现行锂离子充电电池的能量密度已逐渐接近极限。因此，今后计划混合硅和锡等合金类负极材料来提高能量密度，计划2020年实现1000mAh/g以上的能量密度（图17）。此外，将安全性高、有望实现高容量化的铁氧化物用作负极材料的动向也越来越多。
　　图17：掌握高容量化关键的负极材料
　　负极材料有很多有望实现高容量化的材料候补。课题在于，因材料的膨胀和收缩难以获得充分的循环寿命。在本届电池研讨会上，硅合金负极、锡合金负极和铁氧化物等相关的发表受到关注。
　　在本届电池研讨会上，丰田、本田技术研究所、索尼、古河电池、三德及五铃精工硝子等分别就硅和锡的合金类负极发表了演讲。
　　在合金类材料中，伴随充放电而产生的膨胀和收缩会造成体积变化，从而导致电极结构崩塌，因此长寿命化是一大课题。鸟取大学研究生院 坂口研究室与三德的研发小组提出了使循环特性出色的稀土类金属硅化物与硅复合化的方法（图18）注12）。该复合材料&在热力学方面非常稳定，即使反复进行充放电也能抑制电极结构崩塌&（鸟取大学研究生院）。
　　图18：充放电1000次后仍维持了690mAh/g的放电容量
　　鸟取大学研究生院与三德推进了将稀土类硅化物与硅的复合材料用于锂离子充电电池负极的研究（a）。共有多项候补，其中作为稀土类金属，采用Gd（钆）的Gd-Si/Si负极的初始放电容量高达1870mAh/g，循环充放电1000次后依然维持了690mAh/g的容量（b）。
　　注12） 鸟取大学研究生院与三德以&采用各种稀土类硅化物和硅的锂充电电池负极的创制&为题发表了演讲［演讲序号：1D20］。除此之外，还有其他相关的发表［演讲序号：1D19、1D21、1D22］。
　　在稀土类金属中，把采用钆（Gd）的复合材料Gd-Si/Si用作负极的电池，其容量和充放电循环特性尤其高。在基于杯形细胞（Beaker Cell）的试验中，初始充放电容量创下了1870mAh/g的极高值。充放电1000次后也维持了690mAh/g的容量。该研发小组已经试制出以Gd-Si/Si为负极，以LiMn2O4为正极的电池。初始充放电容量为1230mAh/g，循环100次后为860mAh/g。
　　五铃精工硝子推进了将锡锑（Sn-Sb）硫化物玻璃与硅的复合体用作锂离子充电电池负极材料的开发。&2012年已开始少量样品供货&（该公司）。在此前的研究中已经证实，该复合材料能以mAh/g的容量实现稳定的循环寿命。五铃精工硝子此次与日本产业技术综合研究所关西中心共同在该复合材料上缠绕正极材料LiFePO4和无纺布隔膜试制了电池注13）。电池容量为850mAh。
　　注13） 五铃精工硝子与产业技术综合研究所以&采用Sn-Sb类硫化物玻璃负极的锂离子充电电池&为题发表了演讲［演讲序号：1D29］。
　　通过充放电试验确认，在－20～＋60℃的大温度范围内可以作为充电电池正常使用（图19）。在温度为60℃、充放电率为3C时，比容量为128mAh/g。循环特性出色，反复充放电150次仍维持了99％的容量。
　　图19：采用Sn-Sb硫化物玻璃类负极充放电1000次后仍维持了690mAh/g的放电容量
　　五铃精工硝子开发出了经过150次循环充放电后实现99％的容量维持率的锂离子充电电池（a）。可在－20～＋60℃的大温度范围内使用（b）。特点是负极材料采用了Sn-Sb硫化物玻璃，还可用于钠离子充电电池（c）。
　　利用铁氧化物实现高容量化
　　在汽车和定置用途中，目前较受关注的负极材料为钛酸锂（Li4T5O12：以下称LTO）注14）。LTO的锂电位高达1.55V左右，锂不会析出，因此稳定性高、寿命长。不过，LTO存在的课题是比容量只有175mAh/g左右。
　　注14） 铃木2012年9月上市的轻型汽车&Wagon R&的再生用蓄电池采用了东芝的LTO负极锂离子充电电池&SCiB&。
　　因此，可取代LTO的高容量氧化物类负极的研究变得活跃。在本届电池研讨会上，日立制作所和三重大学的研发小组就可实现1000mAh/g比容量的铁氧化物发表了论文（图20）注15）。
　　图20：具备高容量的锂掺杂铁氧化物负极
　　日立制作所和三重大学就具备高容量的锂掺杂铁氧化物负极进行了发表。实现了1000mAh/g以上的比容量。
　　注15） 日立制作所和三重大学以&锂离子电池用氧化物负极材料的开发&［演讲序号：2D02］为题发表了演讲。
　　该研发小组发表的铁氧化物的特点是，通过进行水热处理，可预先在铁氧化物中掺杂锂。由此能抑制初始充放电的不可逆容量。具体而言，将&-Fe2O3和水氧化锂溶液在200℃下进行了10小时的水热处理。结果确认生成了LiFeO2和LiFe5O8。
　　初始充放电的结果显示，进行过水热处理的铁氧化物的初始放电容量升高，可比&-Fe2O3降低不可逆容量。
如今，物联网浪潮已然席卷至汽车电子产业，发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统已模型初显，安全...
ADAS市场或破千亿
国产汽车雷达将爆发
抢占智能汽车制高点
为自动驾驶保驾护航
电动汽车面临的挑战
钠电池相关文章
钠电池相关下载
锂电池相关文章
锂电池相关下载
随着经济全球化的浪潮，全球文化也面临巨大冲击，产品及服务面临着被人们认识、接收和消费的新问题。我们需要准确地对外传达公司的品牌形象、运营...
在前几年Synaptics只有一个支柱技术，即电容式传感技术。最早应用在笔记本电脑中，三年前收购了Renesas SP Drivers，帮助Synaptics拓展了显示技术。同一时期，...
创新实用技术专题
供应链服务
商务及广告合作
Jeffery Guo
关注我们的微信
供应链服务 PCB/IC/PCBA
版权所有 (C) 深圳华强聚丰电子科技有限公司
电信与信息服务业务经营许可证：粤B2-后锂电池时代：哪种电池技术会脱颖而出（三）-模拟电子-电子工程世界网
后锂电池时代：哪种电池技术会脱颖而出（三） (2)
13:11:02&&&来源:互联网 &&
DING-TOP: 0 WHITE-SPACE: LETTER-SPACING: webkit-text-size-adjust: orphans: 2; widows: 2; webkit-text-stroke-width: 0px">　　在本届电池研讨会上，以丰田为首，出光兴产、三井金属矿业、村田制作所、三星横滨研究所及住友化学等也发表了论文。
　　丰田与大阪府立大学的辰巳砂研究室报告了可提高全固体电池寿命的研究成果 注4）。通过采用7Li2O·68Li2S·25P2S5，与该公司此前推进研究的75Li2S·25P2S5相比，实现了比较高的容量维持率。双方试制了采用不同固体电解质的全固体电池，以最大4V电压进行充电后，在60℃下保存了1个月，采用7Li2O·68Li2S·25P2S5的电池的反应电阻没有升高，约为当初的0.9倍，维持了86％的放电容量。而采用75Li2S·25P2S5的电池的反应电阻上升至当初的约2.0倍，放电容量维持率降到72％（图9）。
　　图9：具备高容量维持率的固体电解质
　　丰田确认，作为全固体电池的固体电解质，具备高耐水性的75Li2S·25P2S5在60℃的保存试验中，内部抵抗难以上升（a）。试制充电电池测量容量变化时发现，1个月后保持了86％的容量（b）。（图由《日经电子》根据丰田的资料制作）
　　注4） 丰田与大阪府立大学以“Li 2OLi2S-P2S5类玻璃固体电解质的电池特性”为题发表了演讲［演讲序号：2H15］。
　　据丰田介绍，“7 Li 2O·68Li2S·25P2S5耐水性高，活性物质和固体电解质界面能够稳定。因此可抑制硫化氢的产生量，为电池的长寿命化做出了贡献”。此次的实验是在60℃下实施的，由此可见，在高温时也能抑制电池劣化。　　负极材料采用金属磷化物
　　固体电解质与正极材料的组合备受关注的全固体电池还提出了高容量负极候选。就金属磷化物发表演讲的是大阪府立大学和出光兴产的研发小组注5）。目前作为高容量负极受到关注的硅和锡虽然容量高，但与锂制成合金时体积变化较大，难以延长寿命。
　　注5） 大阪府立大学与出光兴产以“全固体锂充电电池的SnNa4PS4PNa3PS4负极微细组织观察”为题发表了演讲［演讲序号：2H28］。
　　而金属磷化物的特点是能形成金属微粒子和Li3P。Li3P具有矩阵构造，有望抑制锂与金属微粒子的合金化反应造成的体积变化。另外，Li3P因锂离子导电性高，仅利用活性物质即可构成负极的电极部分。
　　此次发表的论文中的负极材料采用了磷化锡（Sn4P3）。由该负极材料与Li2S-P2S5类固体电解质及锂铟合金正极构成的试验单元，即使负极电极中不含电解质和导电添加剂也能作为充电电池使用，具备950mAh/g的初期放电量（图10）。与采用Sn4P3、固体电解质和乙炔黑以40:60:6重量比混合的电极复合体的单元相比，电极单位重量的容量约为2倍。
　　图10：具备导电性的负极材料
　　大阪府立大学发表的全固体电池采用具备导电性的Sn4P3。仅利用Sn4P3就可以作为全固体电池使用（a）。初次放电后和充电后仍与固体电解质形成了良好的界面（b～d）。
　　此外，观察充放电前以及初次放电后和充电后的电极发现，虽然出现了100μm级的裂纹，但Sn4P3与固体电解质之间保持了出色的接触界面。大阪府立大学认为，这要得益于Li2S-P2S5类固体电解质的柔软性。
编辑：神话
本文引用地址：
本周热门资源推荐
EEWORLD独家综合资讯-模拟电子-54-电子工程世界网
TI教室2.0，那些你不能错过的精彩
此内容由EEWORLD论坛网友gmchen原创，如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处
大学堂最新课程
汇总了TI汽车信息娱乐系统方案、优质音频解决方案、汽车娱乐系统和仪表盘参考设计相关的文档、视频等资源
热门资源推荐
频道白皮书}