让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 行业研究     |      2020-03-29 22:49
期,李兰娟院士提议,“这次疫情结束以后,希望国家给青年人一代树立正确的人生导向。高薪留给德才兼备的科研、军事人员,适当管控娱乐圈动辄上千万的片酬!只有少年强则国强!为祖国培养自己的栋梁之才!”没错,科技才是一个国家发展的未来,

是的,这次我们也从伟大的新能源科学家诺贝尔奖获得者JohnB. Goodenough发表文章进行论述一下关于固态电池的发展动态。

1)JohnB.GoodenoughMaria HelenaBraga 这两位教授2017年在Energy& Environmental Science(能源材料相关的权威期刊)上发表一篇新型的Li-S固态电池。

 

                           

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

文章中,LiS没有按照传统的化学反应生成Li2S而是S单质。文章中特殊的反应机理已经颠覆电池的基本原理—通过化学反应中的化学能转化产生电能。一种全新的固态可再充电金属电池,在25℃下,金属锂或钠作为阳极,使用Li+  Na+玻璃电解质(它们阳离子导电率σi > 10−2 S cm−1,运动焓ΔHm = 0.06eV)。在放电过程中,电池将高能量纳米级阳极金属(如锂或钠)转移到低能能量纳米级的阴极集流体上;电池的电压可由阴极氧化还原中心确定,阴极氧化还原中心的能量介于阳极和阴极之间。电池放电图如下:

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

在文章中得到了证明,固体电解质不仅可以润湿金属阳极,而且具有介电常数,能够在两个电极/电解质界面上产生大的双电层电容。这部分主要是让部分锂在硫正极的另一侧、部分硫在锂的另一侧,通过电化学重新生成(非常容易),然后在重新生成这一侧,有电压差,这个界面就变成了双层电容器,通过在电池里嵌入双层电容器的结构增加电池容量。

但不管怎么样,它绝对是一种安全、低成本、高能量密度和长循环寿命的锂或钠充电电池。文章中对于电池原理的描述如下:

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

数据来源:知乎

 

22018John B. GoodenoughMaria Helena Braga教授联合通讯发表的一篇JACS论文。论文中提到的固体电解质,可以提升电池阴极的能量密度,还能够延长电池的寿命。

 

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

其实早在183月的欧洲某次报告上,Braga就展示了这个研究成果。这篇文章中研究的固态电池,随着充放电过程的进行,电池的容量不但不会衰减,还会不断的增加。充放电300多圈后,电池的容量由一开始的100mAh/g增加到将近600mAh/g

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

数据来源:知乎

 

因为这个出色的结果,锂电学术界出现了两种比较极端的评论。一面正面乐观评论,如果这类研究可以转化到商业应用,将会带来不可思议的商业机会,会影响全球锂电领域的技术路线。另外一方面悲观消极评论,很明显这样的电池电极发生了大量的副反应,很可能有很多潜在的问题和不合理的现象,只是在文章中可以回避掉,未来没有商业机会,很难突破。

比较客观从技术和商业角度来看,固态电池的开发已然成为下一代电池战略的一部分。咱们再从企业角度来分析看一下,这次主要讲一下丰田汽车。

丰田汽车公司主导的电动汽车技术研发联盟,包含了丰田、马自达、电装、铃木、斯巴鲁、日野汽车及大发工业多家公司,为的是共享知识、降低成本、加速研发。

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

数据来源:第一电动车网

 

以上目标为导向试图做出改变的日本汽车产业,整体策略的基础是对纯电动汽车的看法。从这个意义上,在开发固态电池上,丰田并不像是一个整车OEM企业,倒像是一个核心供应商,通过锁定其他车企的需求并均摊研发费用,从而把它作为一个大事业来做。

随着国内外车企对电池性能的诉求增加,以及各个国家政策对车的高里程,对电池高能量密度要求,在原有路径提升有困难的情况下,通过固态电池技术路线,解决锂离子电池的安全性问题(锂枝晶)和续航能力(比如2020年实现300 wh·kg-1的能量密度),还是值得高投入的项目。

 

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期,李兰娟院士提议,“这次疫情结束以后,希望国家给青年人一代树立正确的人生导向。高薪留给德才兼备的科研、军事人员,适当管控娱乐圈动辄上千万的片酬!只有少年强则国强!为祖国培养自己的栋梁之才!”没错,科技才是一个国家发展的未来,

是的,这次我们也从伟大的新能源科学家诺贝尔奖获得者JohnB. Goodenough发表文章进行论述一下关于固态电池的发展动态。

1)JohnB.GoodenoughMaria HelenaBraga 这两位教授2017年在Energy& Environmental Science(能源材料相关的权威期刊)上发表一篇新型的Li-S固态电池。

 

                           

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

文章中,LiS没有按照传统的化学反应生成Li2S而是S单质。文章中特殊的反应机理已经颠覆电池的基本原理—通过化学反应中的化学能转化产生电能。一种全新的固态可再充电金属电池,在25℃下,金属锂或钠作为阳极,使用Li+  Na+玻璃电解质(它们阳离子导电率σi > 10−2 S cm−1,运动焓ΔHm = 0.06eV)。在放电过程中,电池将高能量纳米级阳极金属(如锂或钠)转移到低能能量纳米级的阴极集流体上;电池的电压可由阴极氧化还原中心确定,阴极氧化还原中心的能量介于阳极和阴极之间。电池放电图如下:

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

在文章中得到了证明,固体电解质不仅可以润湿金属阳极,而且具有介电常数,能够在两个电极/电解质界面上产生大的双电层电容。这部分主要是让部分锂在硫正极的另一侧、部分硫在锂的另一侧,通过电化学重新生成(非常容易),然后在重新生成这一侧,有电压差,这个界面就变成了双层电容器,通过在电池里嵌入双层电容器的结构增加电池容量。

但不管怎么样,它绝对是一种安全、低成本、高能量密度和长循环寿命的锂或钠充电电池。文章中对于电池原理的描述如下:

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

数据来源:知乎

 

22018John B. GoodenoughMaria Helena Braga教授联合通讯发表的一篇JACS论文。论文中提到的固体电解质,可以提升电池阴极的能量密度,还能够延长电池的寿命。

 

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

其实早在183月的欧洲某次报告上,Braga就展示了这个研究成果。这篇文章中研究的固态电池,随着充放电过程的进行,电池的容量不但不会衰减,还会不断的增加。充放电300多圈后,电池的容量由一开始的100mAh/g增加到将近600mAh/g

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

数据来源:知乎

 

因为这个出色的结果,锂电学术界出现了两种比较极端的评论。一面正面乐观评论,如果这类研究可以转化到商业应用,将会带来不可思议的商业机会,会影响全球锂电领域的技术路线。另外一方面悲观消极评论,很明显这样的电池电极发生了大量的副反应,很可能有很多潜在的问题和不合理的现象,只是在文章中可以回避掉,未来没有商业机会,很难突破。

比较客观从技术和商业角度来看,固态电池的开发已然成为下一代电池战略的一部分。咱们再从企业角度来分析看一下,这次主要讲一下丰田汽车。

丰田汽车公司主导的电动汽车技术研发联盟,包含了丰田、马自达、电装、铃木、斯巴鲁、日野汽车及大发工业多家公司,为的是共享知识、降低成本、加速研发。

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

数据来源:第一电动车网

 

以上目标为导向试图做出改变的日本汽车产业,整体策略的基础是对纯电动汽车的看法。从这个意义上,在开发固态电池上,丰田并不像是一个整车OEM企业,倒像是一个核心供应商,通过锁定其他车企的需求并均摊研发费用,从而把它作为一个大事业来做。

随着国内外车企对电池性能的诉求增加,以及各个国家政策对车的高里程,对电池高能量密度要求,在原有路径提升有困难的情况下,通过固态电池技术路线,解决锂离子电池的安全性问题(锂枝晶)和续航能力(比如2020年实现300 wh·kg-1的能量密度),还是值得高投入的项目。

 

 

让丰田汽车为之倾倒的固态电池

 

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