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【知识共享】Maxell:什么是全固态电池?

2024-02-06科技

前所未有的下一代电源创新市场

一般情况下,全固态电池不使用液体电解质。因此,它们被认为是安全、可靠和长寿命的电池。在下一代全固态电池中,麦克赛尔致力于硫化物基全固态锂离子电池的开发和量产,具有高产量、高容量的特点*1,利用电池的设计、开发和生产技术,这是我们业务的基础。

下面对等待实际应用的全固态电池进行详细说明。

不使用液体电解质的充电电池

自 1800 年左右发明伏特电池以来,化学电池的基础就是通过将两种金属结合在一起来获得高电压电池的反复试验而形成的。

19 世纪电池传入日本后,日本人自己组装电池。当时的电池存在液态电解质泄漏的问题。"干电池 "解决了这一问题,并在世界各地得到发展。日本发明了一种使用碳棒的独特干电池结构。这就是今天的干电池结构,它引起了全世界的关注。

正因如此,日本成为世界电池开发和制造的主要基地之一。

尽管从过去到现在,已经出现了各种类型的化学电池。为什么需要全固态电池?

化学电池将化学能转化为电能,它主要由正极、负极和电解液三部分组成。在这些化学电池中,一次性电池被归类为 "一次电池",而可重复充电和使用的电池被归类为 "充电电池"。通常,这两种电池都采用液体作为电解质。

不同类型的电池使用不同的液态电解质,如点燃风险较低的水性电解质或含有易燃有机溶剂的电解质等。

"锂离子电池 "是我们最熟悉的充电电池。

锂离子电池的主要组成部分是正负极、分隔正负极的隔膜和液态电解液。正极使用含锂的金属化合物,负极使用可储存锂离子的石墨。锂离子和电子在正负电极之间来回移动,从而储存(充电)和释放(放电)能量。

锂离子电池可以被微型化,通常能在-20到+60℃的宽温度范围内放电电流。这些电池在经历了多次充放电循环后不会急剧恶化,同时能够在高电压下承载大电流,因此能够在各种环境中反复驱动移动设备和电动车辆很长时间。

然而,这种便利的锂离子电池也有一个弱点。由于电解质中含有易燃的有机溶剂,根据电池的使用条件,可能导致危险情况,如引发点火、产生烟雾或发热。

如果用固体电解质代替液体电解质,可能解决这个问题。最早商业化的使用固体电解质的电池是用于心脏起搏器的碘化锂电池。通过使用固体电解质,可以确保高安全性和长期可靠性。这种电池因其安全性而适合植入体内使用;然而,应用范围一直受到限制。因此,通过使用固体电解质的全固态电池,可以构建具有卓越安全性的电池,进一步改善可充电锂离子电池的性能问题,如电池寿命和耐高温性能超过+100℃。

Maxell的全固态电池的优势

将Maxell正在开发的硫化物基全固态电池与已在日本发布的氧化物基全固态电池进行比较,每种电池都有其优点和缺点。各个电池制造商正在基于大规模生产和预期应用开发不同类型的全固态电池。

Maxell正在开发具有大规模生产、高输出和高容量的硫化物基全固态电池∗1,其制造过程不需要像氧化物基全固态电池制造过程中那样进行高温烧结。

此外,Maxell的全固态电池采用(在各种硫化物固体电解质中选择的)透闪石型固体电解质,这对于平衡大规模生产、稳定性、离子导电性和成型性都非常优秀。使用这种电解质,由于反复充放电或长期储存导致的电阻增加得到了抑制,我们成功地提高了在长周期或长期储存后在高负载下的放电容量,相比使用液体电解质的现有电池而言。

Maxell多年来一直基于电池设计、开发和制造业务,致力于锂离子电池和微型电池的研发和生产。这一业务延续了自公司创立以来的传统。

Maxell正在开发高性能∗2和高可靠性∗3的全固态电池,通过结合公司业务和与其他公司合作开发的「混合与分散(混合)」、「精细涂覆(涂覆)」以及「高精度成型与制造(成型)」等模拟核心技术,并添加新开发的工艺技术。

Maxell正在利用其在日本境内的微型电池和锂离子电池工厂、设备、制造技术和专业知识,大规模生产陶瓷封装的全固态电池。

Maxell的全固态电池是结合了三个特点的小型新一代电池:安全性∗4、电池特性(寿命、容量、输出)和耐热性。

我们认为,这些电池有助于解决社会问题,如人口减少和老龄化、劳动人口减少以及环境保护,还为装有电池的设备提供了附加值。这些设备传统上使用的是不适用于锂离子电池或存在安全问题的一次性电池。

由于这些特点,如小尺寸、高输出、安全性、长寿命∗5和高耐热性∗6,全固态电池适用于工厂自动化(FA)、需要灭菌的医疗设备、可穿戴设备等领域。

对于工厂自动化(FA),它们可以在高温环境下,如机器人的旋转关节部分,重复使用,从而减少电池更换等维护频率。

对于需要灭菌的医疗设备,设备和电池在变热的高温高压灭菌器中无法同时灭菌。通过使用具有优异耐热性的全固态电池,可以实现同时灭菌,从而解决了之前存在的医疗设备卫生条件的问题。随着人口减少和老龄化问题,生物监测的可穿戴传感器越来越普及,因此对于与身体紧密接触的电池,需要具备更高的安全性。

此外,对未来前景的应对至关重要的方面是智能驾驶辅助系统(ADAS)和电动车辆(EV)的普及。随着自动驾驶技术的发展,车辆上的传感器数量增加。小型的紧急备用电池预计将安装在车身、车门和座椅等许多地方,即使由于突发事故等原因导致主电源故障,仍然可以驱动传感器。

这些电池还对感知轮胎状况非常有用。由于充电问题,一直以来主要使用一次性电池;然而,由于感知信息的增加,需要具有更高容量的可在恶劣环境中反复使用的可充电电池。

Maxell通过将将自然能源转化为电能的能量收集技术与全固态电池相结合,通过制造适用于这些应用的产品,不断发展技术。

高输出和高容量: 尽管是全固态电池,但具有相当于Maxell硬币型锂离子可充电电池(937型号)额定容量8毫安时和最大放电电流20毫安的特性。

高性能: 具有高耐热性、长寿命和高安全性。

高可靠性: 在过放储存测试中与Maxell的液态硬币型锂离子可充电电池进行比较的结果基础上。

安全性: 在各种安全测试中,如+350℃加热、钉子穿刺和外部短路,均未发生点火或产生烟雾。

长寿命: 从加速因子计算得出的预测寿命达到20年级别,相比于一般电子元件(例如绝缘部件)的5年寿命较长。

高耐热性: 能够在高达+125℃的温度下放电。与一般锂离子电池相比,具有较高的耐热性。

资料来源:

https://biz.maxell.com/en/rechargeable_batteries/assb-introduction.html

文章来源:智能电池科技

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