东芝开发出不易燃、安全性更高的新型锂电池

解决锂电池电解液易燃问题

东芝近日宣布开发出可在零下 30℃温度下使用的水系锂离子二次电池(以下简称“水系电池”),使用水作为电解液,即使在外部因素引起火灾时也能确保安全,因此该产品作为安全的未来电池被赋予很高的期望。此外,它还具有寿命长的优点,可充放电达 2,000 次以上。

 

今后,东芝将进一步推进水系电池的研发工作,争取早日提出样品方案。

 

 

2015 年,全球共 196 个国家和地区签署了应对气候变化《巴黎协定》:到本世纪末将全球气温升幅控制在工业化前水平 2℃以内,并努力将气温升幅控制工业化前水平在 1.5℃以内;全球尽快实现温室气体排放达峰,并在本世纪下半叶实现温室气体净零排放。

 

中国也宣布将采取更加有力的政策和措施,力争在 2030 年前二氧化碳排放量达到峰值,并在 2060 年前实现碳中和。

 

为实现这一目标,需要提高非化石能源在能源消费中的占比。其中,可再生能源发电系统是脱碳社会的主角,全球都在积极引进此类系统。然而,与化石燃料相比,可再生能源的输出功率因时间条件和气候条件引起的波动较大,因此,有必要通过与固定式大型蓄电池一起使用,以调节输出功率的波动现象,实现电力的稳定供应。

 

 

水系锂电池

能量密度优异的锂离子二次电池(锂电池)是理想的蓄电装置,但是“如何提高其安全性?”仍是目前面临的一大难题。以往的锂电池为保持 3.7V 以上的高电压,在电解液中使用可燃性有机溶剂,因不符合消防规范而难以在楼宇中安装。

 

而东芝新研发的水系锂电池在安全性方面做到了“双保险”。一,电解液使用的是不可燃的水溶液;二是东芝 SCiB™锂电池产品的负极使用的材料并非石墨,而是不可燃的“钛酸锂”(LTO)。所以该电池不易燃,不属于《消防法》规定的危险品,因此,可安装于住宅区附近和办公楼内,有助于大型蓄电池的普及。

 

东芝水系锂电池的技术突破

到目前为止,水系电池面临的一个难题是,在长时间使用后,由于水溶液出现电解反应,导致充放电反应无法进行。为此,东芝的研发人员采用了独特的电池结构:采用锂盐浓度高的高浓度电解液与固体电解质隔膜的组合,防止氢离子(水)从正极侧向负极侧移动,从而抑制了水溶液的电解反应(图 1),实现了约 2,000 次以上的充放电寿命,是现有技术的 10 倍(图 2)。

 

 

 

同时,作为水系电池,其电压可以达到 2.4V。由于使用了低温下不会结冰的水溶液,即使在零下 30℃温度下也可以充放电。在电解液中使用水这一举措,不仅可以提高安全性,而且生产设备也能随之简化,从而降低成本。