东芝开发新型无钴5V级高电位正极锂离子电池

东芝公司开发了一种新型锂离子电池，采用无钴 5V 级高电位正极材料，可显着抑制副反应产生的性能下降气体。该电池可用于从电动工具到电动汽车的广泛应用。

东芝公司开发了一种新型锂离子电池，采用无钴 5V 级高电位正极材料，可显着抑制副反应产生的性能下降气体。该电池可用于从电动工具到电动汽车的广泛应用。

钴和镍广泛用于稳定锂离子电池的阴极。然而，钴属于稀有金属，在成本稳定性和供应链可靠性方面存在潜在问题。人们对镍也存在担忧，因为近年来需求的增加推高了市场价格。东芝的新型锂离子电池阴极不含钴，镍含量也较少，使其成为成本和资源节约方面的卓越解决方案。

在锂离子电池中使用 5V 级高电位阴极将提高电池电压和功率性能，但其发展受到一个实际问题的阻碍：副反应会导致电解质分解并产生导致电池性能下降的气体表现。东芝的新型阴极与传统的高电导率电解质一起使用时可显着抑制气体的产生。

东芝已经推出了一种袋装锂离子电池原型，该电池将新型阴极与铌钛氧化物 ( NTO ) 阳极相结合。测试中，该电池表现出超过 3V 的高电压、5 分钟快速充电至 80% 的容量、高功率性能以及优异的寿命特性，即使在 60 ° C 的温度下也是如此。该电池的目标应用范围从电动工具和需要小型电池组高电压的工业应用，一直到电动汽车。

推动碳中和未来的动力是各种应用对锂离子电池的需求不断增加。如今的电池通常使用钴作为阴极稳定剂，但它是一种稀有金属，人们对供应来源和稳定供应、成本波动、以及与土壤和水污染相关的环境问题以及随之而来的生物多样性丧失感到担忧。钴开采和精炼。镍也广泛用于阴极，以帮助提高锂离子电池的能量密度，但精炼过程在某些国家之间分布不均。供应链的持续进步和风险降低将需要不依赖稀有金属、支持资源节约并且使用供应充足的材料的电池。

在锂离子电池的主要市场之一的汽车行业，人们正在努力提高电池组电压，此举将缩短充电时间，以提高包括电机和逆变器在内的车载电子设备的效率，并增加电池输出。更高电压的电池将减少电池模块所需的电池堆数量并降低成本。

镍锰氧化物(LNMO)是一种尖晶石型金属氧化物，可实现无钴、低镍含量的高电位正极，被视为未来锂离子电池正极的有力候选者。然而，LNMO 的高工作电位会氧化电池电解液，将其分解成气体，从而导致电池显着膨胀并缩短使用寿命。有许多报道试图通过增加电解质浓度以及使用氟化溶剂和离子液体来提高电解质的抗氧化性，但这种方法需要在抑制气体产生和锂离子电导率之间进行权衡。实际应用面临许多成本和性能问题。

东芝的研究发现，电解质在高电位阴极表面分解并产生气体，并且阴极材料的金属成分溶解并沉积在阳极表面。该公司利用这些发现开发了一种技术，可以修改阴极颗粒的表面，有效抑制与电解质的反应。它还开发了一种使阳极表面转移的离子失活的技术。结合起来，这些技术成功地抑制了气体的产生，即使使用传统的高电导率电解质也是如此。

东芝使用带有 NTO 阳极的 1.5Ah 级软包电池原型评估了这项新技术。电池测试发现，该电池具有 3V 或更高的高电压、5 分钟内快速充电至 80% 容量、在超过 6000 次充电 / 放电循环后仍能保持初始容量 80% 或以上的耐久性，即使在高温下也具有出色的寿命特性 60 ° C。

在考虑新型电池的潜在应用时，东芝首先考虑将其用于电动工具、工业设备以及其他需要小尺寸和高电压的应用。除此之外，该公司的目标是为车载应用开发更大的模块。展望未来，公司将继续改进技术，争取在 2028 年实现商业化。