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替换锂离子电池,我们还要多久?

半导体行业观察 ·2020-03-16 08:50·半导体行业观察
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来源:内容由半导体行业观察(icbank) 编译自 华尔街日报 谢谢。


在过去的30年中,来自动静公司越来越接近更换引领了消费电子革命的电池。

固态电池有望比当今消费电子产品中的常规锂离子电池更紧凑,功能更强大。在日本,每月要生产数千个固态电池,并且有几家公司计划在今年开始批量生产。

他们的最终目标是将新电池投入到智能手机和电动汽车中。但目前看来,它们的价格太高了,同时还没有经过这些用途的验证,但是据TDK公司介绍,他们生产的固态电池已经用到了打印机和电表上。

TDK固态电池项目负责人Masihiro Oishi表示,随着对小型储能设备的需求不断增长,“我们必须迅速提高产量才能满足客户需求。”

数十年以前,另一种电池的发展(锂离子电池的发明)推动了紧凑,功能强大的电子设备的出现。索尼公司(Sony Corp.)于1991年推出了第一款产品,而其基础是美国和日本科学家在过去几十年中获得诺贝尔奖。


如今,锂离子电池在智能手机中无处不在,并在电动汽车和蓄电设备中扮演越来越重要的角色。但是,他们越来越难跟上他们所供电设备的需求,所有拥有电池容量快速下降智能手机的人都可以证明这一点。

“当锂离子电池首次问世时,与过去相比,它们确实是出色的电池。但是,这已经过去了30年,我们必须考虑我们是否对其还真正感到满意,”东京工业大学的教授Ryoji Kanno说道,他自1980年代以来一直在研究电池材料。

村田制作所已开发出一种固态电池,旨在用于耳机等小型可穿戴设备,该电池计划于今年投入量产。


理想的最终目标是更换手机中现有的锂离子电池,”村田孝夫(Norata Nakajima)说,他是村田公司的一位高管,并将于今年6月成为该公司的总裁。

固态电池中的“固态”是指电解质,即带电离子流过的电池端子之间的物质。在通常的锂离子电池中,电解质是液体。它可能会泄漏或着火,这是困扰某些智能手机的问题。

自1970年代以来,心脏起搏器就已经使用了固态电池的早期版本,但是在过去十年中已经出现了在功率需求更大的设备中使用固态电池的想法。2011年,Kanno教授及其团队发现了一种固态玻璃状材料,其导电电位与现有的液体电解质相同。Kanno先生说:“直到这一次,可能没人能想到这是可能的。”

除了减少着火的危险外,固体电解质还可以使阳极(电池两个端子之一)由锂金属制成,而不是由目前的标准石墨制成。英国电池研究所法拉第研究所(Faraday Institution)称,与石墨相比,锂金属可以容纳更多的电子,因此固态电池在相同的体积中可以包含多达60%的能量。

这项技术并不是唯一一项能够吸引研究资金的技术。一些电池生产商正在使用凝胶状电解质来提高安全性,或者尝试在电池中尝试使用相对便宜的金属(例如锌)代替锂。

对于固态电池,关键在于如何廉价地制造一种足以放入电话中的电池。村田制作所的Nakajima先生说:“与传统的锂技术相比,固态锂电池的规模效率尚未得到发展。” 他的一位工程师说,公司可能需要两到三年的时间才能将智能手机大小的固态电池投入批量生产。

能源咨询公司Wood Mackenzie的电池原材料研究分析师Milan Thakore表示,与石墨相比,金属锂的产量仍然微不足道。他说:“直到我们看到制造和供应链规模扩大之前,它仍然是2030年的技术。”

但固态电池仍以较小的尺寸和数量开始开始商业化生产。

TDK固态项目负责人Oishi先生说,TDK每月生产约30,000个固态电池,并计划在一年内将产量提高到每月100,000个。


村田制作所已开发出一种固态电池,该电池计划于今年投入批量生产。

最终的愿望是做出由固态电池供电的电动汽车。这将简化用于液体电解质电池的笨重的冷却系统,从而使汽车更轻便,功能更强大。

尽管手机部件主要是东亚的据点,但汽车研究涉及一些美国初创公司。总部位于科罗拉多州的初创公司Solid Power已获得2000万美元的融资,他们正在与福特汽车公司合作 。SolidPower首席执行官Doug Campbell表示,其手机大小的电池在能量密度和安全性能方面都超过了现有的锂离子电池。

在日本,丰田汽车公司( Toyota Motor Corp.) 和电池制造商松下公司( Panasonic Corp.) 已加入一个政府附属的技术组织,该项目旨在生产用于电动汽车的固态电池的研发。

该技术组织的Kei Hosoi说,该项目旨在制造一种电池,其能量密度是现有锂离子电池的三倍,但成本仅为其三分之一。自2018年成立以来,该集团正朝着实现能源目标迈进,但成本目标仍然遥遥无期。

“目前,我们可以将固态电池推向市场,这与日产Leaf十分相似。”这是一款使用传统锂离子电池的电动汽车。细井先生说。但他说,除非价格便宜,否则“我们认为我们无法打入市场。”

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