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2017年鋰電池行業十大技術進展

時間:01-08 15:42

SMM網訊:2017年,世界鋰電行業風云變 幻,新技術、新熱點層出不窮,從提高電池容量到提升充電速度再到提高使用安全性。歷史證明人類文明的車輪從未停止,停止追求的人類文明也會失去繁衍生息的 意義。而一個領域最前沿的技術也將引領著一個行業未來的發展方向,年終歲末,我們為您梳理一年的鋰電行業的科技進展,盤點鋰電池的十大熱點技術創新,供君賞閱。


1、上海硅酸鹽所研制出新型耐高溫鋰離子電池隔膜


中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員朱英杰帶領的團隊,與華中科技大學教授胡先羅帶領的團隊合作,在此前羥基磷灰石超長納米線新型無機耐火紙的研究工作基礎上,研發出一種新型羥基磷灰石超長納米線基耐高溫鋰離子電池隔膜。


該電池隔膜具有諸多優點,如柔韌性高、力學強度好、孔隙率高、電解液潤濕和吸附性能優良、熱穩定性高、耐高溫、阻燃耐火,在700℃的高溫下仍可保持其結構完整性。


2、用瀝青打造新電池?充電速率快10到20倍


美國萊斯大學的科學家表示,使用瀝青或許能使高容量鋰金屬電池的充電速率比商用鋰離子電池快10到20倍。化學家詹姆斯·托爾(JamesTour)的實驗室采用瀝青中多孔的碳制成陽極,在超過500次充電和放電循環后依然顯示出異乎尋常的穩定性。


這種電池每平方厘米的電流密度高達20毫安,表明它在要求高功率密度的快速充電—放電設備中具有不錯的應用前景。這項研究的結果發表在美國化學學會的《ACSNano》期刊上。


3、憑借這塊“抗凍液化電池”,我們可以在零下60度的環境里開特斯拉了!


加州圣迭戈大學的研究者們帶來的抗凍鋰電池,能夠讓我們在零下60°C里放心地開電動汽車了。

孟穎教授(Prof.Shirley Meng)和她的研究團隊卻反其道而行之,使用氟 甲 烷和二氟 甲 烷液化氣制作鋰電池和超級電容器的電解質,將這兩種設備的工作溫度分別降低至零下60°C和零下80°C。孟教授及其研究組的論文最近被發表在Science雜志上。


4、新研制分子滅火器 可防止手機電池爆炸! 


斯 坦福大學的科學家在美國《科學進展》雜志上發表論文稱,在電池的電解質溶液里加入一種名為磷酸三ben酯(TPP)的物質,就能在電池起火后有效阻斷燃燒。不 過,如果在制造電池時直接將磷酸三ben酯加入到電解質中,雖然可提升安全性,但會降低電池的電量,因為磷酸三ben酯抑制了電解質的導電性。

研 究人員為此制作了一種“膠囊”,用一種微米級的熱敏感聚合物外殼將磷酸三ben酯分子包裹其中,從而與電解質隔離。在電池溫度過高時,這種熱敏外殼熔化,從而 將磷酸三ben酯釋放出來,發揮阻燃作用。整個機制就像用磷酸三ben酯分子制成了一個微小的滅火器。經測試,電池著火后能在0.4秒內被“撲滅”。


鋰電池廣泛應用于手機等電子通訊設備,可能因為摩擦、撞擊、內部或外部溫度過高發生自燃甚至爆炸。因此,科學家稱這一技術可用來解決手機、筆記本電腦和電動汽車的電池安全隱患。


5、美大學研發“冷凍”鋰電池 壽命延長安全升級


市面上大部分的可充電鋰電池中的液態電解質是高度易燃的,容易引發安全隱患,比如三星Galaxy Note 7之前的爆炸丑聞。


因此,哥倫比亞大學傅氏基金工程和應用科學學院的研究人員決定用固體電解質取代液態電解質,使用冰模板來制造陶瓷固體電解質的垂直對齊的柱結構。陶瓷固體電解質擁有更高的安全性和導電性。


研究人員表示,這是首次采用冰模板法將不易燃無毒的柔性固體電解質用于鋰電池中。未來采用該電池的智能手機或平板電腦可以做到彎曲。


6、鋰電之父 J B Goodenough:研發一種新型安全電池


鋰電之父 J B Goodenough報道了一種新型的玻璃態固體電解質,室溫下該電解質的的鋰離子和鈉離子的遷移率為10-2Scm-1,并且能有效的抑制鋰/鈉枝晶的生長,大大提高了電池的安全性能。


傳 統的液態電解液使得電池的安全性能受到威脅,但是研究人員提出通過在電解質表面鍍鋰/鈉層的方式提高全固態電池的性能。并且這種電池跟傳統電池的區別是, 沒有了負極的脫嵌行為,而是在電解質作為反應中心提供反應的位置。這種在固體電解質表面鍍鋰/鈉層的方法值得人們重新思考安全電池的發展方向.


作者還提出,將傳統的脫嵌式電極材料換成具有這種反應中心的低成本的電解質,能大大提高電池的能量密度和循環壽命以及安全性能。


7、美國科學家首次研發出不會爆炸的水鋰電池


美國馬里蘭大學和美國陸軍研究實驗所的研究人員首次研發出使用水鹽溶液作為電解液、且電壓達到筆記本電腦等家用電器的使用標準4.0伏的鋰離子電池,同時沒有目前某些商用的非水鋰電池存在的著火和爆炸風險。


研 究人員設計了一種可以涂在石墨或鋰正極上的凝膠聚合物電解質涂層。這種防水涂層可以不讓水分子接近電極表面,并可在首次充電時分解并形成穩定界面——這層 薄薄的分解物可將固體正極與液體電解質分隔開來。有了這一界面,電池就能使用理想的正極材料,同時也能提高能量密度和循環能力。


這款電池的獨特之處在于,即使界面層遭到損壞(比如電池外層受損),它與鋰或鋰化石墨正極的反應也非常緩慢,可以防止金屬直接接觸電解液后導致著火或爆炸。


8、麻省理工研制成功快速汽車充電鋰電池


麻省 理工學院研究人員發明了一項充電材料表面處理技術,采用新技術的鋰離子電池可在幾秒內完成充電。一塊鋰電池完成充電一般需要6分鐘或更長的時間。但傳統的 磷酸鐵鋰材料在經過表面處理生成納米級溝槽后,可將電池的充電速度提升36倍(僅為10秒)。采用該項技術的鋰電池亦具有高放電速度,因此可用于油電混合 汽車的加速,使油電混合汽車的速度可趕上采用汽油發動機的汽車。


MIT已對該項技術申請了專利并授權給了兩家公司。MIT研究人員表示,由于這項新技術是在現有鋰離子電池基礎上的改進,不需要新材料,所以兩年后就將會有商用產品推出。


9、中科院深圳先進院成功研發一體化柔性超快充放電池


中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳團隊成功研發出一種一體化結構設計的柔性超快充放電池,這種新型結構設計顯著提升了電池的快充快放特性,同時保持了高的能量密度和循環性能。相關研究成果已在線發表于《先進能源材料》。


研 究人員突破了傳統鋰離子電池構造思路,創新性地將正/負極活性材料和集流體構筑于具有多孔結構的隔膜上,實現了電池正/負極活性材料、正/負極集流體及隔 膜一體化的柔性結構設計。這種新型的一體化電池結構設計簡化了傳統鋰離子電池的制造工序,并大幅提升了電池的快充快放能力。


10、充電更省力:日本研發可貼在衣服上的太陽能電池


由日本理化學研究所與東京大學組成的研究團隊研發出具有伸縮性且可水洗的超薄型太陽能電池。據悉,使用者可將其貼在衣服上,作為穿戴式機器的電源使用。


該 所研究員福田憲二郎與東京大學染谷隆夫教授等人,將擁有半導體性質的有機化合物涂抹在極薄高分子膜上,從而制作出太陽能電池。據悉,厚度僅為3微米,即使 彎曲按壓也能正常運作。福田說道:“將它貼在襯衫等衣服上,或許也能充當時刻測量血壓和體溫,早期發現疾病的醫療器材,以及與衣服一體化的薄型智能手機等 機器的電源。”


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