與其他許多車企一樣，豐田也在鋰空氣電池上投入了大量研發(fā)精力。工程師追求更高的能量密度從而讓電動車能夠跑得更遠(yuǎn)。在2014鋰電池國際會議(InternationalMeetingonLithiumBatteries)上，豐田電池研究業(yè)務(wù)部的HidekiIba博士與豐田歐洲先進(jìn)技術(shù)小組的ChihiroYada博士指出，若克服各項技術(shù)障礙，鋰空氣電池要到2030年才能真正商業(yè)化。

在開發(fā)鋰空氣電池技術(shù)的同時，豐田也在開發(fā)全固態(tài)電池，目前其實驗原型產(chǎn)品可達(dá)到400瓦時/升的體積能量密度。兩位專家對該類電池技術(shù)也作出了預(yù)測，在克服技術(shù)障礙的前提下，全固態(tài)電池可在2025年實現(xiàn)商業(yè)化，比鋰空氣電池早5年。

全固態(tài)電池具有能量密度大和額定功率高的特點，使它具有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jīng)驗證全固態(tài)電池放電率可達(dá)到50C。

相比傳統(tǒng)鋰電池，全固態(tài)電池除了體積能量密度較高之外，還具有以下優(yōu)勢：

1、封裝效率更高。全固態(tài)電池設(shè)計可支持串行疊加排列(in-seriesstacking)和雙極結(jié)構(gòu)(bi-polarstructure)。緊密的排列可減少電池組中無效空間(deadspace)的體積。

2、更安全。全固態(tài)電池不會有電解液泄漏的隱患，并且它的不易燃物性和無機(jī)電解質(zhì)使其熱穩(wěn)定性更強(qiáng)。

3、更長的使用壽命。

“全固態(tài)電池在先前一段時間面臨的技術(shù)障礙是功率密度不夠高。原因在于電池陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移電阻過高”Yada和Brasse兩位研究者如是說。因此，全固態(tài)電池開發(fā)過程中的主要任務(wù)就是提高它的功率密度。

研究者從以下3個方面對其功率密度進(jìn)行改進(jìn)：

1、開發(fā)能夠更易傳導(dǎo)鋰離子的固態(tài)電解質(zhì)?？梢圆捎醚趸?、硫化物、氮化物作為固態(tài)電解質(zhì)材料。硫化物電解質(zhì)可以提供更高的離子傳導(dǎo)性，例如Li10GeP2S12化合物的離子傳導(dǎo)率可達(dá)0.012西門子/厘米。

德國馬普研究所(Max Planck Institute)研究者近期則開發(fā)出2種具有超高傳導(dǎo)率的固態(tài)鋰電解質(zhì)，分別為Li10SnP2S12與Li11Si2PS12，它們均具有極強(qiáng)的鋰離子擴(kuò)散性?；衔镏械墓柙厥惯@兩種化合物的鋰傳導(dǎo)率甚至超過了上述Li10GeP2S12化合物。

2、改善電解質(zhì)與電極間的界面物質(zhì)，降低轉(zhuǎn)移電阻。Yada和Brasse指出：“固態(tài)電池中電解質(zhì)與電極間界面電阻高的問題可通過設(shè)計來彌補(bǔ)，這在下一代電池設(shè)計中顯得尤為重要?！?

在2014鋰電池國際會議的一篇獨立論文中，Yada與他亥姆霍茲研究所(HelmholtzInstituteUlm)以及德國航空太空中心(German Aerospace Centre)的同事提出了一個固態(tài)電解質(zhì)數(shù)字模型，希望基于該模型對活躍電子和電解質(zhì)邊界的空間電荷區(qū)域獲得更多的了解。

3、提升活性材料中鋰離子的傳導(dǎo)性。在理想狀態(tài)下，能量密度高的電池中電解質(zhì)層很薄，電極層很厚，并且全都圍繞在活性材料周圍。為了滿足下一代電池的技術(shù)要求，研究者必須改進(jìn)電極活性材料的傳導(dǎo)性。

Yada和Brasse指出，雖然全固態(tài)鋰電池的“歷史”并不短，但行業(yè)內(nèi)仍將認(rèn)為它是一種全新的電池技術(shù)。然而，仍然有許多技術(shù)障礙待克服。通過分析調(diào)整電極與電解質(zhì)界面層的納米結(jié)構(gòu)將成為全固態(tài)鋰電池突破的關(guān)鍵點。

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