“Toshiba представляет новую литий-ионную батарею с уникальным безкобальтовым катодом класса 5 В”
Корпорация Toshiba разработала новую литий-ионную батарею с использованием безкобальтового высокопотенциального катодного материала класса 5 В. Материал класса 5 В значительно подавляет газообразование, снижающее производительность и являющееся результатом побочных реакций. Новая батарея Toshiba может использоваться в широком спектре устройств - от электроинструментов до электромобилей.
Кобальт и никель широко используются для стабилизации катодов литий-ионных аккумуляторов. Однако кобальт — редкий металл, и существуют потенциальные проблемы со стабильностью затрат и надежностью цепочки поставок. Существуют также опасения по поводу никеля, поскольку возросший спрос в последние годы привел к росту рыночных цен. Катод новой литий-ионной батареи Toshiba не содержит кобальта и меньше никеля, что делает его превосходным решением с точки зрения экономии затрат и ресурсов.
Использование катода с высоким потенциалом класса 5В в литий-ионных батареях повышает напряжение элемента и улучшает энергетические характеристики. Однако его применение сдерживается одной практической проблемой: побочная реакция, которая вызывает разложение электролита и образование газов, разрушающих батарею и снижающих ее производительность. Новый катод Toshiba позволяет значительно снизить газообразование при использовании с обычным электролитом с высокой проводимостью.
Toshiba разработала прототип литий-ионного аккумулятора, в котором новый катод используется в сочетании с анодом из оксида ниобия и титана (NTO) (см. рис. 1). Во время испытаний аккумулятор продемонстрировал высокое напряжение свыше 3 В, быструю зарядку до 80% ёмкости за 5 минут, высокую энергетическую эффективность и отличные эксплуатационные характеристики даже при температуре 60 градусов Цельсия. Целевые сферы применения аккумулятора варьируются от электроинструментов и промышленного использования, где требуется высокое напряжение при компактных размерах аккумулятора, до электромобилей.
Toshiba представит катодную технологию на 64-м Японском симпозиуме по батареям, который пройдет в Международном конференц-центре Осаки с 28 по 30 ноября 2023 года.

Рисунок 1. Прототип батареи.
Стремление к углеродно-нейтральному будущему повышает спрос на литий-ионные аккумуляторы для различных применений. В современных аккумуляторах в качестве стабилизатора катода обычно используют кобальт. Однако этот металл является редким, и существуют опасения по поводу его источников и стабильности поставок, а также колебаний цен на него. Кроме того, вызывают беспокойство экологические проблемы, связанные с загрязнением почвы и воды и потерей биоразнообразия в процессе добычи и переработки кобальта.
Никель также часто используется в катодах для повышения плотности энергии в литий-ионных аккумуляторах. Однако процесс его переработки распределён неравномерно в разных странах. Чтобы двигаться вперёд и уменьшить риски в цепочке поставок, потребуются аккумуляторы, которые не будут зависеть от редких металлов и позволят использовать материалы, имеющиеся в изобилии.
В автомобильной промышленности - одном из главных рынков литий-ионных аккумуляторов - предпринимаются усилия для повышения напряжения аккумуляторных батарей. Это позволит сократить время зарядки, увеличить эффективность бортовой электроники и мощность аккумулятора. Элементы аккумуляторов с более высоким напряжением позволят уменьшить количество ячеек в аккумуляторных модулях и снизить затраты.
Оксид никеля-марганца (LNMO), металлический катодный материал типа шпинели, рассматривается как перспективный катодный материал для литий-ионных аккумуляторов. Он не содержит кобальта и имеет низкое содержание никеля. Однако высокий рабочий потенциал LNMO приводит к окислению электролита аккумулятора, вызывая его разложение на газ. Это приводит к значительному разбуханию аккумулятора и снижению его срока службы. Существует множество сообщений о попытках повысить устойчивость электролита к окислению путем увеличения концентрации электролита или использования фторированных растворителей и ионных жидкостей. Однако такой подход предполагает поиск компромисса между подавлением выделения газа и проводимостью литиевых ионов. Однако практическое применение такого подхода сталкивается со множеством проблем, связанных со стоимостью и производительностью.
Исследования Toshiba показали, что электролит разлагается на поверхности высокопотенциального катода и выделяет газ, а металлический компонент материала катода растворяется и откладывается на поверхности анода. Компания использовала эти результаты для разработки технологии, которая модифицирует поверхность катодных частиц, эффективно подавляя реакцию с электролитом. Также разработана технология, которая дезактивирует перенесенные ионы на поверхности анода (рис. 2). В сочетании эти технологии успешно подавляют образование газа даже при использовании обычного электролита с высокой проводимостью.

Рисунок 2: Недавно разработанная технология.
Toshiba оценила новую технологию на прототипе аккумуляторной батареи емкостью 1,5 Ач с анодом NTO. Испытания аккумулятора показали высокое напряжение 3 В или выше, быструю зарядку до 80% емкости за 5 минут, долговечность, позволяющую поддерживать 80% или выше первоначальной емкости после более чем 6000 циклов зарядки/разрядки, а также отличные характеристики срока службы даже при высокой температуре. 60°C (рис. 3).

Рассматривая потенциальное применение новой батареи, Toshiba рассматривает возможность ее использования в первую очередь в электроинструментах, промышленном оборудовании и других устройствах, где малый размер и высокое напряжение имеют большое значение. В дальнейшем компания продолжит совершенствовать технологию для коммерциализации в 2028 году.
- Тяговые аккумуляторы
- Батарейки, элементы питания
- Промышленные аккумуляторы
- Бытовые аккумуляторы
- Промышленные элементы питания
- Аккумуляторы для лодок, яхт и катеров
- Стартерные аккумуляторы
- Аккумулятор на заказ
- Системы бесперебойного питания
- Зарядные устройства
- Автомобильные инверторы
- Мультиметры
- Тестирующее оборудование
- Адаптеры
- Сварочное оборудование
- Светодиодные фонари
- Светодиодные лампы
- Солнечные панели
- Торговые марки