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2017年锂电池行业十大技术进展

  • 2017年12月26日 10:33
  • 来源:新材料在线

 ?浙大新型铝-石墨烯超级电池:耐热抗寒寿命长、充电5秒通话2小时
  据观察者网12月24日报道,近日,浙江大学高分子科学与工程学系高超团队研制出新型铝-石墨烯电池,相关研究成果已发表在Science Advances上。

图片来源:浙江大学官方微博

这种电池可以在零下40摄氏度到120摄氏度的环境中工作,可谓既耐高温,又抗严寒。在零下30摄氏度的环境中,这种新型电池能实现1000次充放电性能不衰减,而在100摄氏度的环境中,它能实现4.5万次稳定循环。并且这种新型电池是柔性的,将它弯折一万次后,容量完全保持。另外,这种新型电池即使电芯暴露于火焰中也不会起火或爆炸。

图片来源:浙江大学官方微博

研究人员表示,目前的正极比容量、输出电压及面负载量还有较大的提升空间,能量密度不足以与锂离子电池相匹敌,今后还需在保持高功率密度的基础上进一步提高能量密度。此外,目前经典的离子液体电解质价格较贵,如果可以找到更廉价的电解质,铝离子电池的商业前景将更宽广。
  上海硅酸盐所研制出新型耐高温锂离子电池隔膜
  据上海硅酸盐研究所官网11月2日报道,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的团队,与华中科技大学教授胡先罗带领的团队合作,在此前羟基磷灰石超长纳米线新型无机耐火纸的研究工作基础上,研发出一种新型羟基磷灰石超长纳米线基耐高温锂离子电池隔膜。相关研究结果已发表在《先进材料》上,并申请一项发明专利。

图片来源:上海硅酸盐研究所官网

该电池隔膜具有诸多优点,如柔韧性高、力学强度好、孔隙率高、电解液润湿和吸附性能优良、热稳定性高、耐高温、阻燃耐火,在700℃的高温下仍可保持其结构完整性。采用新型羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜组装的电池,比采用聚丙烯隔膜组装的电池具有更好的电化学性能、循环稳定性和倍率性能。该研究工作对大幅提高锂离子电池的工作温度范围和锂离子电池的安全性具有重要意义。预期该新型羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜还可以应用于多种其它类型的耐高温电池和储能体系,如钠离子电池、超级电容器等。
  日本研发出防火防爆锂电池 使用寿命超过传统锂离子电池
  据新华网11月30日报道,日本研究人员最新研发出一种更加安全的锂离子电池电解液,即便遇到高温等环境也不易燃烧或爆炸,相关研究成果已发表在英国《自然能源》(Nature Energy)杂志上。

图片来源:观察者网

来自东京大学等机构的研究人员研发的是一种含有阻燃剂磷酸三甲酯的高浓度电解液,这种电解液不易燃烧,并可实现高稳定充放电1000多次或时长一年以上,使用寿命堪比甚至超过了传统的锂离子电池。研究小组指出,这种电解液可以使锂离子电池的工作电压从当前的3.7伏特提高到4.6伏特,将适用于电动汽车等高能量密度、高安全的储能电池要求,研究小组将和有关企业推进研究。
  日本东芝公司研发新型电动车锂电池,快充仅需6分钟
  据新华社10月15日报道,日本东芝公司开发出新一代电动车专用锂电池,快充仅需6分钟。据介绍,这种锂电池在充放电5000次后,依然可以维持90%以上的电池容量,且在零下10摄氏度的低温环境下仍能快速充电。

图片来源:网易汽车

东芝早在2007年就开始研发SCiB(超级电荷离子电池),并已经成功应用到包括三菱的i MiEV和本田的Fit EV等众多电动汽车上,目前的SCiB使用的是二氧化钛作为阳极。这次日本东芝公司开发出的新型电动车锂电池与一般采用石墨作为负极材料的锂电池不同,它采用用钛铌氧化物作为负极材料,具有能量密度高、可超快速充电等特性。传统电动车锂电池快充30分钟也只能充到约80%的电量,新一代锂电池快充仅需6分钟就能充到90%的电量。东芝公司测试用的电动车充电6分钟后最终跑了约320公里。目前,东芝公司已做出了容量为50安培小时、巴掌大小的新一代锂电池样品,并计划对其进行完善,争取在2019年推出正式产品。
  斯坦福科学家研发钠基电池 比锂电池成本低效率高
  据美国“侨报网”10月10日报道,斯坦福大学的研究人员研发出一种钠基电池,能储存与锂离子电池一样多的电能,但成本大大降低。相关研究成果已发表在《自然能源》(Nature Energy)杂志上。

图片来源:中国新能源汽车网

研究人员指出,锂是制造电池的最佳选择,但锂已变得稀有且昂贵,人类需要利用其它更丰富的元素,如钠,开发出更高性能且低成本的电池。在新设计的钠离子电池中,钠离子可附着在肌醇上,而肌醇是一种常见的化合物,可从米糠或玉米加工过程中的液体副产物中提取。钠离子和肌醇的新结合显著改善钠基电池的离子循环,使离子能更有效地从阴极移动穿过电解质到磷阳极,继而产生更强的电流。研究人员认为,该电池将有助于储存太阳能板和风力涡轮机等可持续能源所获得的能源。
    休斯顿大学在镁电池研究上取得重大进展,新型镁电池可使储能技术更廉价安全
    据elektormagazine网站9月8日报道,美国休斯顿大学姚彦团队在镁电池研究上取得了重大进展,并表示研制出的新型镁电池将比锂电池更安全,该研究成果已发表在“自然通讯”杂志上。一般来说,与锂电池相比,镁电池的能量密度普遍较低。但是通过研发新型正极材料,可以将镁电池的容量提高到400mAh/g,这比早期镁电池的效能提高了四倍。

图片来源:X-MOL

该电池使用利用PY14+离子原位扩层的二维层状TiS2材料为正极、镁金属为负极、传统的含氯镁电解液(APC)为电解质。当以单价的MgCl+代替二价的Mg2+作为嵌入离子时,离子嵌入时仅发生简单的去溶剂化(Ea ~0.8 eV)过程,Mg-Cl键不发生断裂,且相比于Mg2+,MgCl+的固相扩散能垒显著降低(~0.18 eV)、扩散速率大幅度提高。目前该镁电池电压大约1伏左右,正在研发的下一代电池电压可以提到接近3伏。
  美国斯坦福大学:锂合金/石墨烯“千层饼”开启锂电新时代
  据科技日报7月14日报道,美国斯坦福大学崔屹教授课题组研发出一种锂合金/石墨烯箔片负极,该负极的容量接近锂金属的理论体积容量,且具有优异的安全特性,相关研究成果已发表《自然·纳米技术》杂志上。

图片来源:材料人

研究人员表示,将紧密堆积的锂合金纳米粒子包裹在大片的石墨烯片层中,可制备出锂合金/石墨烯“千层饼”。由于锂合金本身即是体积最大的状态,且被局限在导电性高、化学稳定性好的石墨烯“饼”中,避免了合金负极的体积膨胀和锂金属负极的枝晶生长问题。该“千层饼”还可与高容量硫正极组装成高效、稳定、寿命长的电池,大大增加电池的能量密度和安全性能。凭借其高容量、优异的循环性能和安全特性,该锂合金/石墨烯箔片将有望作为锂金属负极替代者应用于下一代锂/空气、锂/硫电池中。
  深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组在纳米单颗粒锂电池性质研究方面获得突破
  据北京大学新闻网3月20日报道,北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组在纳米单颗粒锂电池性质研究方面获得突破,相关研究成果以封面文章发表在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)上。

图片来源:北京大学新闻网

课题组发展了一种制备单纳米颗粒分散的超薄电极的方法,将这种电极上的颗粒完全分散在碳纳米管网络中,然后进行电化学测试。同时课题组开发单颗粒纳米电化学计算模型,这种单颗粒模型借助实验得到的充放电曲线和CV曲线进行模拟计算,得到单纳米颗粒的界面反应常数和锂离子体相扩散系数。通过测量和模拟计算不同温度条件下不同电解液环境体系中的单颗粒信息,该课题组首次提出了电化学界面动力学反应的前置因子与锂离子在单个颗粒上的溶剂化和脱溶剂化过程活化能直接关联,同时将纳米晶体界面的结构和电池的电化学性能关联起来。
  青能所研发出无铅化锂电池 每瓦时成本控制在0.5元
  据青岛日报1月20日报道,中科院青岛生物能源与过程研究所发布最新科研成果:在国内率先研发成功绿色环保的无铅化锂电池,且每瓦时成本控制在0.5元,已具备产业化推广的条件。

图片来源:电池中国网

青能所研发团队创新性地提出了低成本锂离子电池技术、低成本水系锌电池技术和新型镁电池技术的三种解决方案。此前铅酸蓄电池的大量应用在于其显著的成本优势,每瓦时成本约0.5元。青能所研发的无铅化锂电池,运用低成本的阻燃纤维素隔膜、低成本碳负极、无氟环保硼酸锂盐等新的材料体系及提升的新技术工艺,已将每瓦时成本控制在0.5元,具备了等值替代铅酸蓄电池的产业化条件。目前,三种新型电池关键技术已突破,完成了实验室中试,但锌电池和镁电池暂时不能批量生产,只有锂电池具备了批量生产的条件。青能所正在推进与低速电动车生产企业雷丁集团的产业合作,让低速电动车真正成为环保的代步工具。
  松下重磅发布 可弯曲锂电池实现量产
  据MIT科技评论1月6日报道,在今年的CES上松下发布了三款不同版本的可弯曲电池,这款新型锂离子电池可以在扭曲或弯曲1000次之后还保持80%的容量。据松下的可穿戴能源部副主任Yoriko Yagi表示,该电池将会在2018年4月到2019年3月间开始量产。松下已经在去年10月给所有的潜在客户提供了样品。

图片来源:MIT科技评论

松下的可弯曲电池的厚度只有0.45毫米,每款电池都是银行卡大小,但其容量也非常小。容量最大的CG-064065型号电池只有60毫安时(mAh),而最小的型号只有17.5毫安时(mAh)。这意味着这种新型电池只适合应用于可穿戴设备,卡片式设备,以及物联网设备等低电耗产品。

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