中國粉體網(wǎng)訊 支撐純電動汽車（EV）、智能手機(jī)和筆記本電腦等數(shù)碼設(shè)備普及的是大容量電池。但是，目前廣泛使用的鋰離子充電電池也被指存在安全方面的風(fēng)險，還面臨大容量化和長壽命化等課題。日本大阪公立大學(xué)研究生院工學(xué)研究科準(zhǔn)教授作田敦在“日經(jīng)XTECHLearning”中開設(shè)了“從全固態(tài)鋰離子電池到全固態(tài)鋰硫磺電池的解說”講座，表示“作為新一代電池備受矚目的是不含電解液的全固態(tài)電池”。關(guān)于全固態(tài)電池開發(fā)的基礎(chǔ)知識、課題和所處階段，采訪了作田敦準(zhǔn)教授。
記者：什么是“全固態(tài)電池”？
作田敦：全部由固體構(gòu)成的電池。無論是全固態(tài)電池，還是一般用作智能手機(jī)電池等的鋰(Li)離子電池(LIB)，相同的是放電時內(nèi)部的離子移動到正極，充電時移動到負(fù)極，借此產(chǎn)生電流。全固體電池不管是正極、負(fù)極，還是正極和負(fù)極之間的電解質(zhì)均為固體。相比之下，目前廣泛使用的鋰離子電池的正極和負(fù)極的材料均為固體，而介于兩者之間的電解質(zhì)則是液體電解液。
使用壽命長，易于快速充電
記者：為什么全固態(tài)電池備受關(guān)注？
作田敦：因為這是成為普及純電動汽車（EV）關(guān)鍵的技術(shù)。與目前作為EV充電電池使用的鋰離子電池相比，全固態(tài)電池具有壽命更長、耐高溫特性優(yōu)異、安全性高、同時能提高輸出功率等優(yōu)點。
如果擁有這些優(yōu)點的全固態(tài)電池能夠?qū)嵱没�，并作為充電電池使用，能夠解決EV所面臨的諸多課題。正因為如此，目前幾乎所有的汽車廠商和電池制造商都在研究和開發(fā)全固態(tài)電池。
例如，能穩(wěn)定長期使用這一點與EV本身的壽命直接相關(guān)。如果充電電池?zé)o法繼續(xù)使用，汽車就將無法行駛。即使能夠使用，如劣化導(dǎo)致性能下降，充滿電能行駛的續(xù)航里程也將縮短。與汽油車相比，續(xù)航里程短已成為EV普及的瓶頸，如果存在壽命短、同時充電電池的劣化導(dǎo)致續(xù)航里程縮短的隱憂，那么EV的購買意愿被削弱也就不足為奇了。
從鋰離子電池來看，在鋰離子移動時，其他離子和溶劑也會移動，因此用于電解質(zhì)層的電解液會逐漸劣化。與之相對，在全固態(tài)電池上，只有鋰離子在電解質(zhì)層中移動，因此不容易劣化，壽命相對較長。
此外，全固態(tài)電池已被確認(rèn)在目前的鋰離子電池難以工作的60℃以上環(huán)境中也基本不會劣化。這個特點也很重要。因為這意味著應(yīng)用于EV之際，與鋰離子電池相比，更容易實現(xiàn)快速充電。
鋰離子電池的耐熱性較差，在60℃以上的高溫下會劣化。如果快速充電，會產(chǎn)生60℃以上的高溫，劣化將加劇，因此控制了充電速度。如果充滿電需要1小時，與只需幾分鐘即可將油箱裝滿的汽油車相比，在便利性方面相形見絀。如果為了節(jié)省時間而不充滿電，行駛的距離就會縮短。假如搭載全固態(tài)電池，這種便利性的劣勢就將得到大幅改善。
起火的危險性低，安全方面更可靠
電解液變成固體可以提高安全性。盡管現(xiàn)在的鋰離子電池并不是很危險，但是偶爾會發(fā)生起火事故。這是因為電解液中使用了可燃性的有機(jī)溶劑。因在制造過程中異物混入電解質(zhì)層等原因，有引發(fā)內(nèi)部短路、因熱失控而起火的危險性。實際上，因鋰離子電池起火導(dǎo)致的EV起火的事故也有報道。
全固態(tài)電池通過使用不易燃的電解質(zhì)，可以避免起火的危險。鋰離子電池也很少發(fā)生火災(zāi)，實際上在日本并未出現(xiàn)鋰離子電池起火導(dǎo)致的EV起火。但即使1億輛汽車中有一輛發(fā)生起火事例，也將嚴(yán)重?fù)p害可靠性。這一點也是全固態(tài)電池的實用化受到期待的重要原因。
記者：輸出功率是否也會超過鋰離子電池？
作田敦：在研究層面，已經(jīng)有了輸出功率比鋰離子電池更高的全固態(tài)電池。而且在高溫下可以獲得數(shù)倍的輸出功率。如前所述，這是在高溫下會劣化的鋰離子電池所沒有的優(yōu)勢。
最大的課題是構(gòu)建量產(chǎn)體制
記者：為了實現(xiàn)實用化，都面臨哪些課題？
作田敦：最大的課題就是能否量產(chǎn)。與鋰離子電池相比，量產(chǎn)工藝存在各種課題。
首先，電解質(zhì)層的成形需要高壓壓力。鋰離子電池是在開孔的聚合物膜上澆注電解液以制造電解質(zhì)層。另一方面，全固態(tài)電池一般采用的硫化物固態(tài)電解質(zhì)每1平方厘米需要用1t左右的壓力壓固。如果是10平方厘米，就需要10t的壓力。
這種高壓壓力考驗技術(shù)實力，并且也需要壓力設(shè)備，還需要很多工時。制造每年供幾十萬輛EV使用的全固態(tài)電池并不容易。
原材料成本比采用廉價電解液的鋰離子電池高，也是量產(chǎn)時需要考慮的問題。希望固態(tài)電池的壽命超過現(xiàn)有鋰離子電池的性能。在量產(chǎn)大尺寸全固態(tài)電池時，這一點需要充分考慮。
記者：那么，配備全固態(tài)電池的EV距離實用化還很遙遠(yuǎn)嗎？
作田敦：現(xiàn)在已經(jīng)到了實際配備全固態(tài)電池的EV試行駛的階段。3年后或許實現(xiàn)生產(chǎn)10輛及100輛左右。但要達(dá)到能量產(chǎn)的體制，能面向大眾銷售的水平，還不好說需要多長時間。
面向EV量產(chǎn)能確保充足續(xù)航距離的大尺寸全固態(tài)電池還需要時間。即使解決了技術(shù)性課題，也要首先小規(guī)模制造，進(jìn)行行駛測試，找出缺陷等，然后構(gòu)建量產(chǎn)體制。也有調(diào)查結(jié)果顯示，到2035年左右可以形成1～2萬億日元規(guī)模的市場。即便如此，最初肯定先從高端車開始配備。
也面臨材料課題。比如，電解質(zhì)采用的硫化物類材料一接觸空氣就會劣化，或者產(chǎn)生硫化氫。
有時即使在研究室的干燥室能夠制造，但以工廠的濕度也有無法制造足夠品質(zhì)電解質(zhì)層的事情。目前在推進(jìn)開發(fā)即使?jié)穸炔⒉煌耆艿娇刂频墓S，也可以生產(chǎn)的技術(shù)。
不過，雖說需要時間，但技術(shù)卻在穩(wěn)步進(jìn)步。另外，擴(kuò)大EV市場需要全固態(tài)電池實用化�，F(xiàn)在，不能拋開EV考慮制造業(yè)。要想更加準(zhǔn)確地捕捉EV市場的動向，需要關(guān)注全固態(tài)電池的開發(fā)情況。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！
