軟銀次世代電池,將著眼於重量能量密度的優化(3/3)
發布時間 : 2021-06-25

軟銀為了讓電池能達到重量能量密度1000Wh/kg此一目標,經歷了數個階段的技術實踐。首先是將電池負極改用鋰金屬,將其提升到550Wh/kg。接著第二階段是採用新材料來製作正極與電解質。軟銀打算利用新材料來減少正負極以及隔離膜的孔隙,儘可能剔除電池多餘的部份。
這樣的製造方式,軟銀就掌握了6種關鍵技術。第一個就是前述所提到、具有特殊塗層而減少樹枝狀結晶之產生的鋰金屬負極。第二個是集電體的輕量化技術,一般來說,集電體約佔電池整體重量21%,而目前最輕的是僅佔電池總重量15%的銅製集電體。可是,若是為了追求更進一步的輕量化而將其製成薄膜的話,會有易碎的問題。目前軟銀為了解決此一課題,考量使用完全不含銅的鋁合金泊、或是樹脂製薄膜來進行開發。如此一來,也能期待電池整體的重量能量密度提升10%。
第三個關鍵技術,是將電池正極的活性物質改為輕元素。軟銀除了考量使用鈷元素含量較少、或是不含鈷的無機物質之外,也正在評估價格較低廉的有機材料,或是完全不會產生成本的空氣。軟銀打算用新開發的無機材作為600Wh/kg電池的正極,新開發的有機材作為600Wh/kg電池的正極。此外,軟銀也在討論是否開發以硫磺作為正極材料的鋰硫磺電池,但由於鋰硫磺電池的開發已經被其他企業捷足先登,故軟銀也在觀望是否有其它理想的素材。
電池的電解質部份,則考量採用高濃度電解液、或是固定電解質,藉以達到能量高密度化與安全性兩者兼顧的功效,此為軟銀的第四種技術。而第五種技術則是顛覆電池既有產品的內部構造,以雙極性構造進行製作。目前市面上的電池製品大多為積層型,重量能量密度最高可達800Wh/kg,但若是要達到1000Wh/kg的目標,則有必要改為雙極性構造,況且,雙極性構造的製作成本也較低。
雙極性電池還有許多優點,它比既有的積層性電池還能省去更多標籤、引線、外盒等零件的成本,進而減少工程繁複度。此外,由於內部電阻降低,充放電的效率也能提升。但是,若雙極性電池是使用液體電解質,則容易引起短路,因此有必要改用固體電解質。為了跨過這些門檻,維持電池內部各種物質平衡的技術就不僅是基本,還要能夠整合新材料特性並實現這些技術的能力。
而第六個技術,能做到減少電池中的正極活物質、導電輔助材、接合劑等零件之間的空隙。若要做到將電池內部空間做更有效的利用、又要兼顧電池容量不受到影響這一點,需要很高的技術力。首先軟銀想到的是,透過採用固體電解質來減少接合劑與導電輔助材的使用。再來,以往的鋰離子電池為了保有一定的導電性,而需要在電池內為電解液保留一部份的空間,但若是改用固體電解質的話,可使電解液的導電性提升到數倍至十倍不等,能有效地改善電池內部空隙未被充份利用的問題。
透過以上這些技術,即使製造出來的電池使用壽命不長,但卻能夠達到有效提升電池容量高密度化的目標,也是軟銀未來的開發方向。同時軟銀也表示,先達成電池容量高密度化後,再來研究延長此款電池壽命的技術,雖然可能需要再耗費數年的時間,但達到延長電池使用壽命的目標後,下一步就是他們進軍電動車電池市場的時候了。
資料來源:MONOist 「ソフトバンクの次世代電池が、寿命より質量エネルギー密度を優先する理由」