日本鋰電池進化：續(xù)航將超500公里

據(jù)《日本經(jīng)濟新聞》2018年12月27日報道，1次充電可行駛相當于東京至大阪的500公里的鋰離子電池技術(shù)開發(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)計到本世紀20年代前半期實現(xiàn)實用化。

日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將扶持充分發(fā)揮電池性能的技術(shù)開發(fā)。在世界范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)向純電動汽車(EV)的趨勢正在加速，如果作為課題的續(xù)航距離大幅延長，以鋰離子電池為主角的時代或?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)濟產(chǎn)業(yè)省等認為這是純電動汽車普及的條件之一，提出2030年達成的目標。純電動汽車迅速普及的中國結(jié)束了對續(xù)航距離低于150公里的車型的補貼，增加了續(xù)航距離長的車型的補貼。

鋰離子電池于1991年商品化，被用于筆記本電腦和攝像機等。2009年被用于量產(chǎn)型純電動汽車。完全充電可行駛的距離在200公里左右。一般認為2010年代初以當時的技術(shù)難以達到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)開發(fā)取得進展，500公里的突破日趨具有現(xiàn)實可能性。研究人員等預(yù)測“鋰離子電池還能繼續(xù)使用10年左右”。

鋰離子電池通過鋰離子在正負電極間移動來產(chǎn)生電力和進行充電。要增加電池的容量，有必要增加電極中存儲的離子，或減少內(nèi)部電阻，使電子通過更加容易。

積水化學(xué)開發(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，使電子流動更容易。擴大正極之中電子通過的通道，電子流動更加順暢，達到以往的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。在實驗中，電池的容量提高了3成左右?？蓪⒗m(xù)航距離從現(xiàn)在的400公里提高至超過500公里的水平。計劃到2021年作為零部件加以銷售。

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

此外，采用此前不存在的電極材料的研究也在推進。橫濱國立大學(xué)的藪內(nèi)直明教授與松下合作，開發(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，容量達到2倍。住友化學(xué)推進采用鋁的負極的開發(fā)，提出將容量提高至2.5倍的目標。

日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省將自2019年度起，開發(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。將扶持能準確檢測剩余電量的傳感器的開發(fā)，增加可使用量。在2019年度預(yù)算中列入2億5千萬日元，力爭到2023年實現(xiàn)實用化。

日本曾在鋰離子電池領(lǐng)域席卷世界，但2011年以后專利申請出現(xiàn)減少。在中國，大學(xué)和企業(yè)等的專利申請增加，到2015年，發(fā)展為日本和中國各占整體的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)開發(fā)正在推進，中國的專利申請預(yù)計進一步增加。