日本鋰電池進(jìn)化：續(xù)航將超500公里

據(jù)《日本經(jīng)濟(jì)新聞》2018年12月27日?qǐng)?bào)道，1次充電可行駛相當(dāng)于東京至大阪的500公里的鋰離子電池技術(shù)開(kāi)發(fā)在日本正日趨活躍。積水化學(xué)工業(yè)的技術(shù)已經(jīng)具備取得突破的頭緒，旭化成也已接近。均能采用現(xiàn)有的電極，預(yù)計(jì)到本世紀(jì)20年代前半期實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將扶持充分發(fā)揮電池性能的技術(shù)開(kāi)發(fā)。在世界范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向純電動(dòng)汽車(EV)的趨勢(shì)正在加速，如果作為課題的續(xù)航距離大幅延長(zhǎng)，以鋰離子電池為主角的時(shí)代或?qū)⒗^續(xù)持續(xù)。

如果在完全充電狀態(tài)下可行駛500公里，將匹敵汽油車的性能。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省等認(rèn)為這是純電動(dòng)汽車普及的條件之一，提出2030年達(dá)成的目標(biāo)。純電動(dòng)汽車迅速普及的中國(guó)結(jié)束了對(duì)續(xù)航距離低于150公里的車型的補(bǔ)貼，增加了續(xù)航距離長(zhǎng)的車型的補(bǔ)貼。

鋰離子電池于1991年商品化，被用于筆記本電腦和攝像機(jī)等。2009年被用于量產(chǎn)型純電動(dòng)汽車。完全充電可行駛的距離在200公里左右。一般認(rèn)為2010年代初以當(dāng)時(shí)的技術(shù)難以達(dá)到500公里，到2030年前后將被全固體電池等新一代電池取代。

新一代電池的開(kāi)發(fā)在世界范圍內(nèi)日趨活躍，但技術(shù)上的課題很多。另一方面，鋰離子電池的技術(shù)開(kāi)發(fā)取得進(jìn)展，500公里的突破日趨具有現(xiàn)實(shí)可能性。研究人員等預(yù)測(cè)“鋰離子電池還能繼續(xù)使用10年左右”。

鋰離子電池通過(guò)鋰離子在正負(fù)電極間移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電力和進(jìn)行充電。要增加電池的容量，有必要增加電極中存儲(chǔ)的離子，或減少內(nèi)部電阻，使電子通過(guò)更加容易。

積水化學(xué)開(kāi)發(fā)的是用于正極的技術(shù)，在加入的炭材料的結(jié)構(gòu)上下功夫，使電子流動(dòng)更容易。擴(kuò)大正極之中電子通過(guò)的通道，電子流動(dòng)更加順暢，達(dá)到以往的10倍左右。除了大量獲得發(fā)生的電流之外，電極不易損壞，耐久性得到提高。

將使正極加厚，以便更多取得鋰離子。在實(shí)驗(yàn)中，電池的容量提高了3成左右。可將續(xù)航距離從現(xiàn)在的400公里提高至超過(guò)500公里的水平。計(jì)劃到2021年作為零部件加以銷售。

旭化成則是通過(guò)向負(fù)極混入氧化硅，將容量提高2成左右。向采用碳類材料的負(fù)極中加入硅系物質(zhì)，使得存儲(chǔ)鋰離子更加容易，能增加容量。但是，具有在捕捉一部分離子的情況下無(wú)法釋放的問(wèn)題。通過(guò)在負(fù)極中預(yù)先注入離子，讓被捕捉的部分不產(chǎn)生活動(dòng)，鋰離子的取得和釋放變得順利。旭化成力爭(zhēng)在數(shù)年后實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

此外，采用此前不存在的電極材料的研究也在推進(jìn)。橫濱國(guó)立大學(xué)的藪內(nèi)直明教授與松下合作，開(kāi)發(fā)了混入氟的正極。不僅是金屬，氧氣也能用于電極內(nèi)的電子流動(dòng)，容量達(dá)到2倍。住友化學(xué)推進(jìn)采用鋁的負(fù)極的開(kāi)發(fā)，提出將容量提高至2.5倍的目標(biāo)。

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省將自2019年度起，開(kāi)發(fā)使完全用完鋰離子電池電量成為可能的技術(shù)。為了防止起火事故等，電池以低于上限的容量使用。將扶持能準(zhǔn)確檢測(cè)剩余電量的傳感器的開(kāi)發(fā)，增加可使用量。在2019年度預(yù)算中列入2億5千萬(wàn)日元，力爭(zhēng)到2023年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。

日本曾在鋰離子電池領(lǐng)域席卷世界，但2011年以后專利申請(qǐng)出現(xiàn)減少。在中國(guó)，大學(xué)和企業(yè)等的專利申請(qǐng)?jiān)黾樱?span lang="EN-US">2015年，發(fā)展為日本和中國(guó)各占整體的3分之1。為了增加續(xù)航距離，大幅增加電池容量的技術(shù)開(kāi)發(fā)正在推進(jìn)，中國(guó)的專利申請(qǐng)預(yù)計(jì)進(jìn)一步增加。