東芝開發(fā)出不易燃、安全性更高的新型鋰電池

東芝開發(fā)出不易燃、安全性更高的新型鋰電池

解決鋰電池電解液易燃問題

東芝近日宣布開發(fā)出可在零下 30℃溫度下使用的水系鋰離子二次電池（以下簡稱“水系電池”），使用水作為電解液，即使在外部因素引起火災(zāi)時(shí)也能確保安全，因此該產(chǎn)品作為安全的未來電池被賦予很高的期望。此外，它還具有壽命長的優(yōu)點(diǎn)，可充放電達(dá) 2,000 次以上。

今后，東芝將進(jìn)一步推進(jìn)水系電池的研發(fā)工作，爭取早日提出樣品方案。

2015 年，全球共 196 個(gè)國家和地區(qū)簽署了應(yīng)對氣候變化《巴黎協(xié)定》：到本世紀(jì)末將全球氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平 2℃以內(nèi)，并努力將氣溫升幅控制工業(yè)化前水平在 1.5℃以內(nèi)；全球盡快實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放達(dá)峰，并在本世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放。

中國也宣布將采取更加有力的政策和措施，力爭在 2030 年前二氧化碳排放量達(dá)到峰值，并在 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要提高非化石能源在能源消費(fèi)中的占比。其中，可再生能源發(fā)電系統(tǒng)是脫碳社會的主角，全球都在積極引進(jìn)此類系統(tǒng)。然而，與化石燃料相比，可再生能源的輸出功率因時(shí)間條件和氣候條件引起的波動較大，因此，有必要通過與固定式大型蓄電池一起使用，以調(diào)節(jié)輸出功率的波動現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定供應(yīng)。

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水系鋰電池

能量密度優(yōu)異的鋰離子二次電池(鋰電池)是理想的蓄電裝置，但是“如何提高其安全性？”仍是目前面臨的一大難題。以往的鋰電池為保持 3.7V 以上的高電壓，在電解液中使用可燃性有機(jī)溶劑，因不符合消防規(guī)范而難以在樓宇中安裝。

而東芝新研發(fā)的水系鋰電池在安全性方面做到了“雙保險(xiǎn)”。一，電解液使用的是不可燃的水溶液；二是東芝 SCiB?鋰電池產(chǎn)品的負(fù)極使用的材料并非石墨，而是不可燃的“鈦酸鋰”(LTO)。所以該電池不易燃，不屬于《消防法》規(guī)定的危險(xiǎn)品，因此，可安裝于住宅區(qū)附近和辦公樓內(nèi)，有助于大型蓄電池的普及。

東芝水系鋰電池的技術(shù)突破

到目前為止，水系電池面臨的一個(gè)難題是，在長時(shí)間使用后，由于水溶液出現(xiàn)電解反應(yīng)，導(dǎo)致充放電反應(yīng)無法進(jìn)行。為此，東芝的研發(fā)人員采用了獨(dú)特的電池結(jié)構(gòu)：采用鋰鹽濃度高的高濃度電解液與固體電解質(zhì)隔膜的組合，防止氫離子（水）從正極側(cè)向負(fù)極側(cè)移動，從而抑制了水溶液的電解反應(yīng)（圖 1），實(shí)現(xiàn)了約 2,000 次以上的充放電壽命，是現(xiàn)有技術(shù)的 10 倍（圖 2）。

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同時(shí)，作為水系電池，其電壓可以達(dá)到 2.4V。由于使用了低溫下不會結(jié)冰的水溶液，即使在零下 30℃溫度下也可以充放電。在電解液中使用水這一舉措，不僅可以提高安全性，而且生產(chǎn)設(shè)備也能隨之簡化，從而降低成本。