低成本固態電池來了！2萬毫安手機，上千 - 汽車

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原文內容：
近日，日本豐橋技術科學大學（Toyohashi University of Technology）在其官網發布了一篇文章。


宣稱自家電氣與電子信息工程系主任帶領科研小組，通過液相法（常見的結晶工藝）製取了一種由碳納米纖維（CNF）靜電吸附硫活性材料組成的複合材料：CNF-S（硫）。再將這種CNF-S作為陰極，採用電化學性能穩定的硫化物Li2S-P2S5-LiI作為固體電解質，最終製成了一種硫化物固態電池。

文章描述這種硫化物全固態電池的穩定性、容量、循環壽命均優於三元鋰電池，而且製備方法成本低廉，工藝簡單，適合批量生產。投入實際使用後，將使電動汽車、家用電器（手機、筆記本等）、商用大型儲能設備裝備的電池能量密度成指數增長。

文末給出了這種硫碳複合材料（CNF-S）的製取示意圖、微米級電鏡照片及電池循環特性圖，如下：


左下角的電池構造圖翻譯：

Anode（陽極：鋰），Cathode（陰極：硫碳複合材料）。solid electrolyte（固態電解質：Li2S-P2S5-LiI），composite（複合物）。豎排英文：current collector（集電/導電體）。


這裡介紹一下背景信息，第一阻礙固態電池量產的最重要原因是成本，製造固態電池的新型負極材料、固態電解質太貴了。

第二固態電解質電池之所以叫固態，主要是為了區別於當前主流三元鋰電池採用的液態電解質；兩者實際原理相同，都是靠鋰離子在正負極之間的運動進行充放電，可以統稱為鋰離子電池，2019年諾貝爾化學獎就頒給了3名研發鋰離子電池的科學家，其中一位就是日本教授吉野彰。

N野彰

日本作為最先開發應用鋰電池的國家，其在鋰電池領域有著極為深厚的科研實力，技術領先全球，獲得諾貝爾獎理所應當。但當我國對新能源汽車產業進行扶持後，誕生了多家有國際影響力的鋰電池企業，搶占了日本鋰電池的市場份額，並且還在不斷擴大。

這種情況下，日本政府、學術界、產業界自然不能坐視不理，眼睜睜看著中國、韓國企業搶奪自己的霸主地位。於是日本政府牽頭集合23家頭部產業界企業和15家學術界研究機構，2018年開啟了一個名為《先進和創新的蓄電池材料評估技術開發》項目的第二階段；第二階段目標是在2022年之內研發出可商業化的全固態鋰電池，並早日應用於電動汽車。

等堶p劃

這個鋰電池研發項目可謂世紀天團，產業界包括了豐田、日產、本田、松下、GS Yuasa、日立、富士、三菱……還有2019年諾貝爾化學獎得主吉野彰領銜的旭化成株式會社。

學術界包括了多家國家研究所，以及京都大學（QS日本第2、世界第35）、東京工業大學（QS日本第3）、大阪大學（QS日本第4）……當然其中還包括了本文主角。沒錯，我們的主角豐橋技術科學大學，終於出現了。

T態電池攻關天團

數百字的介紹，只為了引出豐橋技術科學大學，不然這所只是在日本算重點大學的豐橋技術大學，國內誰知道啊。在國際上名不見經傳的無名小卒，如今突然放了個衝天炮，拿出了低成本量產全固態電池的製備方法，怎麼也得加一個背景說明。

雖然還是令人有些懷疑，但考慮到該大學身處一個強大天團組成的攻關項目之中；萬一走了個狗屎運，被分配了一個別人瞧不上，但實際上正確的研發方向，所以率先取得突破也說不準。

論證了該型固態電池有真實存在的可能性，現在來分析一下這個硫化物全固態電池的性能，如果真如豐橋技術科學大學文中所述，這種全固態電池的量產將帶給我們什麼？

其公布內容中，電池循環特性圖包含的信息最多，如圖所示（已翻譯）：


我們可以從上圖得知，電池在充放循環二十來次後，比容量（能量密度）保持不變，依然在1600mAh/g上下。1600這個數字有多誇張？對比一下當前主流正極材料NCM三元鋰電池的比容量就知道了

811NCM三元鋰電池的理論計算比容量也只有300mAh/g，跟1600mAh/g相比，差了不止5倍。

以特斯拉裝備的3.4Ah松下NCR18650B單體電芯參數為基準，其公示的NCR三元鋰電池計算比容量約為250Ah/kg，單體圓柱電芯重46克。由此可知實際單體電芯比容量約為74Ah/kg，與計算比容量250Ah/kg差了3.4倍。


我們若將新型固態電池的比容量看作計算比容量，接著比對松下NCR電池，將1600mAh/g除以3.4倍，就可得出大致的單體電芯比容量為470mAh/g。也就是說將新型固態電池捲成松下NCR 18650B等重的單體圓柱，一顆電芯就有21.6Ah。

2017款特斯拉Model X 100D裝了八千多顆松下NCR18650B規格電芯，公示動力電池模塊能量100kW/h，EPA綜合續航523公里。若換成重量相同的新型固態電池，那電池能量就是635kW/h，理論上續航能上三千公里。

當然這個數字只是推算，並不準確，不準確，不準確，僅供大家理解固態電池相較液態在能量上的巨大優勢。若實際運用，還需要考慮許多因素，無法做到這樣大的續航。

再說將它應用於手機，目前主流鋰離子聚合物電芯比容量在120mAh·g。如果換上固態電池，那麼同等重量下，手機電量將飆升。平常5000mAh就算超長續航的手機，換成固態電池後20000mAh只是開始，甚至三四萬毫安也不是做不到。到那時，手機一次充電用一周將成為現實。


這種新型固態電池確實擁有非常美好的應用前景，除了指數增長的能量，還有更穩定的電化學特性，意味著更高的安全性。

但從其公布的循環特性圖看，其放電效率並不盡如人意，只維持在93%左右，這個數據跟當下主流液態鋰電池的90%相近，遠不及大家對固態電池充放電效率的期望。更比不三星固態電池上千次充放電循環，依然保持99.8%充放電效率的性能，而且三星的這款固態電池，比容量高達2000mAh/g。

T星固態



伬P豐橋技術科學大學固態電池性能不理想的原因，恐怕正是其使用低成本簡單工藝製取的CNF-S（硫化物）陰極。只是硫化物陰極，其實並未解決固態電池中普遍存在的固固介面接觸不良、阻抗高、充放電效率不高等難題。

而且這款固態電池的特性圖，只給出了二十幾個充放電循環內電池比容量和充放電效率的變化曲線。只短短的二十幾次循環中，數據下降幅度就不小了，萬一充放電上百次，甚至上千次之後，壽命、能量斷崖式下跌怎麼辦？

所以，你相信豐橋技術科學大學的低成本量產固態電池嗎？歡迎留言討論……

註：本文專業內容較多，如有錯漏，還請見諒。

注2：固態電池做到標題描述的場景只是時間問題，但卻不一定是豐橋技術科學大學這款。




心得/說明：(30字以上)

大家好，
小弟超糞文組，
大家一起來，進入電車時代，油車吃屎，
大家說，好不好!!!!!!!!!!


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