為延長鋰電池的壽命和續(xù)航里程，豐田開發(fā)了新技術(shù)
此次新研發(fā)的觀察方法
為了早日突破鋰離子電池車輛的續(xù)航里程瓶頸，并實(shí)現(xiàn)更長久的電池壽命，豐田剛剛開發(fā)出了一種聽上去“高大上”的新技術(shù)。
這項(xiàng)技術(shù)的誕生，使得鋰電池在充放電時(shí)，鋰離子在電解液中的移動(dòng)狀態(tài)將可以被觀察到。
就技術(shù)角度而言，鋰離子失衡是造成鋰離子電池性能下降的一大原因。豐田的新技術(shù)就是結(jié)合高強(qiáng)度X射線和含重元素的電解液，利用層疊電池將鋰離子在電解液中的狀態(tài)可視化。這種觀察方法能夠?qū)︿囯x子失衡的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，從而為提升外插充電式混合動(dòng)力車（PHEV）和電動(dòng)車（EV）的續(xù)航里程以及電池的壽命等明確研發(fā)方向。
鋰離子電池的正極為金屬氧化物，負(fù)極為碳材料，并采用有機(jī)電解液。在充電時(shí)，鋰離子在電解液中從正極移動(dòng)到負(fù)極。放電時(shí)，鋰離子在電解液中則從負(fù)極移動(dòng)到正極，從而形成電流。因此，電解液中的鋰離子在充放電的過程中發(fā)揮著重要的作用。
放電時(shí)的狀態(tài)
經(jīng)過確認(rèn)，充放電會(huì)導(dǎo)致電極和電解液中的鋰離子失衡，這是制約電池性能的主要原因之一。在分析鋰離子失衡的機(jī)理時(shí)，若利用過去的方法，無法在與產(chǎn)品的使用環(huán)境和條件相同的狀態(tài)下確認(rèn)鋰離子在電解液中的移動(dòng)狀態(tài)。這令技術(shù)人員很難找到問題的根源，也就無法做到有的放矢。
為了解決這個(gè)問題，豐田發(fā)布的新的觀察方法有兩個(gè)特點(diǎn)。
第一，運(yùn)用大型同步輻射設(shè)施“Spring-8”，這是全球最高性能的放射性研究設(shè)施，以國立研究開發(fā)法人理化學(xué)研究所（理研）作為業(yè)主全面運(yùn)營，運(yùn)維管理則由公益財(cái)團(tuán)法人高輝度光科學(xué)研究中心（JASRI）負(fù)責(zé)。
該設(shè)施擁有的豐田光束線（株式會(huì)社豐田中央研究所在理研和JASRI的協(xié)助下設(shè)置的專用光束線）利用強(qiáng)度約為X射線裝置10億倍的高強(qiáng)度X射線，實(shí)現(xiàn)了0.65微米/像素的高分辨率以及100毫秒/張的高速測量。
*車載鋰離子電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理
第二，此觀察方法中使用的，不是大多數(shù)鋰離子電池所使用的含磷電解液，而是含重元素電解液，將在電解液中移動(dòng)過程中與鋰離子結(jié)合的“含磷離子”替換為“含重元素離子”。
與磷相比，重元素具有X射線不易穿透的性質(zhì)，拍攝X射線穿透畫面的陰影會(huì)更深，更加明顯。這樣一來，通過觀察重元素的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就能夠觀察電解液中，與重元素結(jié)合的鋰離子的失衡動(dòng)向。
通過運(yùn)用上述的方法，便可使用與產(chǎn)品相同的電池（層疊電池），在實(shí)際使用環(huán)境和條件相同的狀態(tài)下，實(shí)時(shí)觀察充放電的經(jīng)過以及電解液中鋰離子失衡的過程。
*放電時(shí)電解液中鋰離子失衡
當(dāng)然，這項(xiàng)觀察方法的誕生也不是豐田汽車公司一家之功，而是由豐田中央研究所、日本汽車零部件綜合研究所以及北海道大學(xué)、東北大學(xué)、京都大學(xué)、立命館大學(xué)共同研發(fā)的。
此后，技術(shù)人員將可以通過觀察鋰離子在不同正負(fù)極和隔板、電解液的材料和構(gòu)造以及不同電池控制方式下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來分析電池性能下降的機(jī)理，從而推動(dòng)旨在提升搭載車輛續(xù)航里程以及電池的壽命等電池性能及耐用性的研發(fā)。
如果你不是一個(gè)“技術(shù)宅”，看到這里估計(jì)會(huì)有“不明覺厲”的感覺。沒關(guān)系，技術(shù)原理對于我們普通消費(fèi)者而言或許并不重要。事情的關(guān)鍵在于，通過找到更新、更好的研究途徑，一直讓我們心存疑慮的鋰電池電動(dòng)車的技術(shù)瓶頸或許就快要被突破了……
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