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2017年锂电池行业十大技术进展

时间:01-08 15:42

SMM网讯:2017年,世界锂电行业风云变 幻,新技术、新热点层出不穷,从提高电池容量到提升充电速度再到提高使用安全性。历史证明人类文明的车轮从未停止,停止追求的人类文明也会失去繁衍生息的 意义。而一个领域前沿的技术也将引领着一个行业未来的发展方向,年终岁末,我们为您梳理一年的锂电行业的科技进展,盘点锂电池的十大热点技术创新,供君赏阅。


1、上海硅酸盐所研制出新型耐高温锂离子电池隔膜


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。


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。


2、用沥青打造新电池?充电速率快10到20倍


美国莱斯大学的科学家表示,使用沥青或许能使高容量锂金属电池的充电速率比商用锂离子电池快10到20倍。化学家詹姆斯·托尔(JamesTour)的实验室采用沥青中多孔的碳制成阳极,在超过500次充电和放电循环后依然显示出异乎寻常的稳定性。


这种电池每平方厘米的电流密度高达20毫安,表明它在要求高功率密度的快速充电—放电设备中具有不错的应用前景。这项研究的结果发表在美国化学学会的《ACSNano》期刊上。


3、凭借这块“抗冻液化电池”,我们可以在零下60度的环境里开特斯拉了!


加州圣迭戈大学的研究者们带来的抗冻锂电池,能够让我们在零下60°C里放心地开电动汽车了。

孟颖教授(Prof.Shirley Meng)和她的研究团队却反其道而行之,使用氟 甲 烷和二氟 甲 烷液化气制作锂电池和超级电容器的电解质,将这两种设备的工作温度分别降低至零下60°C和零下80°C。孟教授及其研究组的论文被发表在Science杂志上。


4、新研制分子灭火器 可防止手机电池爆炸! 


斯 坦福大学的科学家在美国《科学进展》杂志上发表论文称,在电池的电解质溶液里加入一种名为磷酸三ben酯(TPP)的物质,就能在电池起火后有效阻断燃烧。不 过,如果在制造电池时直接将磷酸三ben酯加入到电解质中,虽然可提升安全性,但会降低电池的电量,因为磷酸三ben酯抑制了电解质的导电性。

研 究人员为此制作了一种“胶囊”,用一种微米级的热敏感聚合物外壳将磷酸三ben酯分子包裹其中,从而与电解质隔离。在电池温度过高时,这种热敏外壳熔化,从而 将磷酸三ben酯释放出来,发挥阻燃作用。整个机制就像用磷酸三ben酯分子制成了一个微小的灭火器。经测试,电池着火后能在0.4秒内被“扑灭”。


锂电池广泛应用于手机等电子通讯设备,可能因为摩擦、撞击、内部或外部温度过高发生自燃甚至爆炸。因此,科学家称这一技术可用来解决手机、笔记本电脑和电动汽车的电池安全隐患。


5、美大学研发“冷冻”锂电池 寿命延长安全升级


市面上大部分的可充电锂电池中的液态电解质是高度易燃的,容易引发安全隐患,比如三星Galaxy Note 7之前的爆炸丑闻。


因此,哥伦比亚大学傅氏基金工程和应用科学学院的研究人员决定用固体电解质取代液态电解质,使用冰模板来制造陶瓷固体电解质的垂直对齐的柱结构。陶瓷固体电解质拥有更高的安全性和导电性。


研究人员表示,这是首次采用冰模板法将不易燃无毒的柔性固体电解质用于锂电池中。未来采用该电池的智能手机或平板电脑可以做到弯曲。


6、锂电之父 J B Goodenough:研发一种新型安全电池


锂电之父 J B Goodenough报道了一种新型的玻璃态固体电解质,室温下该电解质的的锂离子和钠离子的迁移率为10-2Scm-1,并且能有效的抑制锂/钠枝晶的生长,大大提高了电池的安全性能。


传 统的液态电解液使得电池的安全性能受到威胁,但是研究人员提出通过在电解质表面镀锂/钠层的方式提高全固态电池的性能。并且这种电池跟传统电池的区别是, 没有了负极的脱嵌行为,而是在电解质作为反应中心提供反应的位置。这种在固体电解质表面镀锂/钠层的方法值得人们重新思考安全电池的发展方向.


作者还提出,将传统的脱嵌式电极材料换成具有这种反应中心的低成本的电解质,能大大提高电池的能量密度和循环寿命以及安全性能。


7、美国科学家首次研发出不会爆炸的水锂电池


美国马里兰大学和美国陆军研究实验所的研究人员首次研发出使用水盐溶液作为电解液、且电压达到笔记本电脑等家用电器的使用标准4.0伏的锂离子电池,同时没有目前某些商用的非水锂电池存在的着火和爆炸风险。


研 究人员设计了一种可以涂在石墨或锂正极上的凝胶聚合物电解质涂层。这种防水涂层可以不让水分子接近电极表面,并可在首次充电时分解并形成稳定界面——这层 薄薄的分解物可将固体正极与液体电解质分隔开来。有了这一界面,电池就能使用理想的正极材料,同时也能提高能量密度和循环能力。


这款电池的独特之处在于,即使界面层遭到损坏(比如电池外层受损),它与锂或锂化石墨正极的反应也非常缓慢,可以防止金属直接接触电解液后导致着火或爆炸。


8、麻省理工研制成功快速汽车充电锂电池


麻省 理工学院研究人员发明了一项充电材料表面处理技术,采用新技术的锂离子电池可在几秒内完成充电。一块锂电池完成充电一般需要6分钟或更长的时间。但传统的 磷酸铁锂材料在经过表面处理生成纳米级沟槽后,可将电池的充电速度提升36倍(仅为10秒)。采用该项技术的锂电池亦具有高放电速度,因此可用于油电混合 汽车的加速,使油电混合汽车的速度可赶上采用汽油发动机的汽车。


MIT已对该项技术申请了专利并授权给了两家公司。MIT研究人员表示,由于这项新技术是在现有锂离子电池基础上的改进,不需要新材料,所以两年后就将会有商用产品推出。


9、中科院深圳先进院成功研发一体化柔性超快充放电池


中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究员唐永炳团队成功研发出一种一体化结构设计的柔性超快充放电池,这种新型结构设计显著提升了电池的快充快放特性,同时保持了高的能量密度和循环性能。相关研究成果已在线发表于《先进能源材料》。


研 究人员突破了传统锂离子电池构造思路,创新性地将正/负极活性材料和集流体构筑于具有多孔结构的隔膜上,实现了电池正/负极活性材料、正/负极集流体及隔 膜一体化的柔性结构设计。这种新型的一体化电池结构设计简化了传统锂离子电池的制造工序,并大幅提升了电池的快充快放能力。


10、充电更省力:日本研发可贴在衣服上的太阳能电池


由日本理化学研究所与东京大学组成的研究团队研发出具有伸缩性且可水洗的超薄型太阳能电池。据悉,使用者可将其贴在衣服上,作为穿戴式机器的电源使用。


该 所研究员福田宪二郎与东京大学染谷隆夫教授等人,将拥有半导体性质的有机化合物涂抹在极薄高分子膜上,从而制作出太阳能电池。据悉,厚度仅为3微米,即使 弯曲按压也能正常运作。福田说道:“将它贴在衬衫等衣服上,或许也能充当时刻测量血压和体温,早期发现疾病的医疗器材,以及与衣服一体化的薄型智能手机等 机器的电源。”


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