日本实现用3D打印制造全固态电池
时间:2021-12-21 17:49来源:日经中文网 作者:综合报道
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日本东北大学教授本间格和助教小林弘明等人开发出了用3D打印机制作全固态电池的技术。制作时使用可以自由改变硬度的材料。只需几个小时就能制成电池，而且不必实施以往需要的高温工序。试制出来的电池经受住了各种性能测试，具备一定性能，有望对全固态电池的早日实用化作出贡献。
电解质是电池的主要构成部分之一，通常为液体状态，但全固态电池的电解质为固体，发生起火事故等的危险性较小。这种电池的另外一个特点是，可通过层叠电池来增加单位体积的蓄电量。作为可延长纯电动汽车（EV）续航距离的新一代电池备受期待。
开发的电解质膜具备类似软性隐形眼镜一样的柔软性（图片由日本北东大学提供）
全固态电池的主流是把电极和电解质材料进行强力压合，加热到摄氏数百度后制成。但加热工序需要花费成本，而且存在受热开裂的情况。同时还存在课题，由于电解质较硬，正极和负极随着充放电反复膨胀和收缩时，二者无法紧密贴合，导致电池性能变差。
研究团队实施了面向全固态电池制作软性电解质膜的研究。把有利于锂离子运动的特殊液体和氧化硅混合之后，可以形成类似于软性隐形眼镜的玻璃膜。只要改变氧化硅的用量，就能调整柔软度。
此次，研究团队把电解质膜中所含的氧化硅量减少一半，使其变成凝胶状。然后再与经过紫外线照射就会凝固的树脂混合在一起，就可以用3D打印机塑造成型。
降低电解质中的氧化硅浓度，使电解质变为凝胶状，通过3D打印机制造电池（图片由日本东北大学提供）
实验证实，通过把电解质、正极用钴酸锂、负极用钛酸锂等变成凝胶状材料，仅靠3D打印机就能制作出电池。据称两个小时左右就能制造出来。
只需涂上材料，用紫外线照射即可制作，不需要高温加热，可以大幅削减制造成本。柔性电解质不易开裂，即使构件膨胀和收缩也能柔软地贴合。
试制出来的电池可以稳定充放电100次以上。安全性也已通过起火测试等进行确认。本间教授表示，“只要输入数据，大小和形状可以随意改变”。
实用化面临的课题是电解质的离子电导性不够高。由于锂离子无法顺利移动，很难瞬间释放出巨大能量。
研究团队将调整材料的成分，目标是提高离子电导性。利用开发的电池驱动汽车行驶的实验已取得成功，实验时的最高时速达到30公里。研究人员将反复进行改进，提升输出功率，考虑将其安装在纯电动汽车上。还将大力开发能量密度高的正极材料。
首阶段目标是在传感器和可穿戴终端的电源等用途方面实现实用化。
(责任编辑：子蕊)
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