东丽开发出10倍电导率的下一代导电聚合物膜，可扩展汽车续航里程

3月11日，日本东丽公司官网宣布，其已经开发出了一种用于下一代电池的离子导电聚合物膜，其离子导电性是之前开发产品的10倍。这款新产品有望加速全固态电池（*1）、空气电池（*2）以及其他锂金属负极电池的商业化，并有助于极大地扩展电动汽车（EV）、工业无人机、城市空中移动系统（urban air mobility，UAM）和其他交通方式的续航里程。

*1：全固态电池使用的是固体电解质，而不是锂离子电池所使用的液体或聚合物。固体电池的易燃电解液提高了安全性，此外还具有充电更快的优点。
*2、锂空气电池重量轻、容量大。它采用锂金属阳极和氧阴极。目前正在研发一种有机电解质阳极和水电解质阴极结构。

传统微孔膜与该款新型薄膜的目标定位

近年来全球正逐渐向电动汽车过渡，锂离子二次电池（lithium-ion batteries，LIB）需要具有越来越高的能量密度。因此，人们正在不断努力开发阳极可实现最高理论能量容量的锂金属电池。

然而，金属锂存在表面反应性强、充放电循环过程中溶解/沉淀形态稳定性等问题，特别是锂枝晶的生长（锂枝晶是一种在给电池充电时产生的树枝状锂晶体，枝晶生长会降低电池性能并导致短路）可能会导致短路。此外，在使用固体电解质的全固态电池中，金属锂负极也存在类似的问题，尚未投入实际应用。

此次，东丽公司通过充分利用多年来培育的芳纶聚合物的分子设计技术，实现了通过“跳跃传导”来提供离子导电性，即：锂离子能够在聚合物膜内的相互作用位点之间有效地跨越位点，即使该种膜仍然是无孔结构。芳纶作为一种高性能聚合物，它具有优异的耐热性和刚性。东丽公司是全球唯一一家通过其Mictron®薄膜品牌将芳纶商业化的公司。它的一种常见的应用是数据存储磁带，利用其优异的刚性来批量生产的薄膜；另外一个用途是用作薄膜的电路材料，因为它的耐热性仅次于聚酰亚胺。

东丽公司一直在开发具有特性的聚合物膜，通过改进跳跃位点（跳跃位点是指聚合物链中作为锂离子在聚合物膜中进行跳跃传导的转运点的特定原子或原子团）的结构并增加位点数量，公司生产的导电聚合物薄膜实现了10-4S/cm的离子电导率，根据公司的研究，这达到了跳跃导电聚合物膜的最高水平。

跳跃传导示意图

这种聚合物薄膜已被证实可以有效地作为金属锂表面的保护膜来解决上述问题，并有望提高使用金属锂作为负极的电池寿命。此外，通过使用这种聚合物膜作为锂空气电池的隔膜，公司已经证实它可以进行100次充电/放电循环，这是首次使用聚合物膜的双组分锂空气电池。空气电池的运行验证是通过与工程研究生院Nobuyuki Imanishi教授的联合研究获得的。

后续，东丽公司将加快研究，以尽快建立用于固态电池、空气电池和其他先进电池的技术。该成果的部分开发工作是通过新能源和工业技术发展组织（NEDO）资助的项目进行的。东丽公司计划在今年3月14日至16日举行的日本电化学学会第91届年会上展示其技术。