全固体电池很可能会成为终极电池

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　　全固体电池由于电解质使用固体电解质而非液体的电解液，因此不仅能够提高安全性，而且还可通过在电池单元内进行串联层叠来实现高电压化，作为新一代电池备受关注。日本大阪府立大学的辰巳砂研究室正在利用锂离子传导率与电解液相当、达到3～5×10-3S/cm的硫化物类玻璃固体电解质，致力于全固体电池的研发。日前，记者采访了在硫化物类固体电解质的研究上一直处于领先位置的大阪府立大学大学院工学研究科教授辰巳砂昌弘。（采访人：《日经电子》狩集 浩志）


大阪府立大学大学院工学研究科教授辰巳砂昌弘  

—请谈一下在全固体电池方面的举措。

　　我原来并不是电池方面的专家。由于在玻璃离子传导研究中对锂离子传导性玻璃产生了兴趣，因此想向世人推出该玻璃类固体电解质。因为通过使用无机固体电解质，有可能造出前所未有的完美电池。

　　就锂离子充电电池而言，如果只有锂离子移动，而其它离子不移动的话的确是最理想的状态。而无机类固体电解质就能够做到只使锂离子移动。最近的成果实现了传导率与电解液相当、达到1×10-2S/cm的固体电解质。而且在制成电池后，可在电解质中只移动锂离子，承担全部电流，迁移率可以达到1。显示出了超过迁移率较低的电解液类电解质的出色性能。

　　而且，全固体电池因是固体而不易燃烧的优点也很受关注，锂离子以外的其他离子不移动的特性为安全性及耐久性做出了巨大贡献。锂离子以外的其他离子不移动的话便可防止阴离子移动导致的次生反应，有助于提高安全性及耐久性。这样一来无机类固体电解质便具有成为终极电池的可能性。

—业内对全固体电池的认识是否在逐渐改变？

　　固体电解质的锂离子传导率提高到了与电解液相当的水平，而且日本物质及材料研究机构的高田和典还发现，通过对活性物质进行涂膜处理，可大幅降低与固体电解质之间的界面阻力，这些情况都表明，全固体电池的实用化之路已非常接近。

　　最近，学会等对固体电池的研究报告有所增加，还设立有有关固体电池的分科讨论会，固体电池获得了“公民权”，对该领域的研究人员来说这是非常高兴的事。而且，企业对固体电池的开发也在近2、3年里发生了巨大变化，逐渐使之从一直将其视为基础研究的定位中走出来。

—听说您的研究室在致力于硫化物类固体电解质的研究。

　　硫化物类固体电解质在常温下具有超过10-3S/cm的离子传导率，作为电解质的话具备良好的特性。另外，与氧化物相比，还具有可在常温下均匀形成活性物质与硫化特类固体电解质间的界面，降低界面阻力的特点。虽然其原理还有待科学验证，但估计是因为硫化物是比较软的物质。

　　离子传导率高，可轻松形成与活性物质间的界面，可以说这两点对全固体电池的电解质来说是非常重要的要素。另外，在高容量的新一代电池的研究上采用比容量高的硫磺（S）及硫化锂（Li2S）时，硫化物类固体电解质也具有很好的亲和性。

—今后将开展什么研究？

　　由于是大学，因此打算开展着眼于更前沿的基础研究。尤其是在界面如何形成方面，将进行更为详细的研究。其中，计划对活性物质与电解质接触时自己形成良好界面的材料设计展开研究。在活性物质方面，准备致力于可瞄准高容量化的硫磺及硫化锂等硫化物类材料的研究。使用硫化物类固体电解质的全固体电池是日本绝对领先的领域，因此希望今后继续保持领先地位。

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看好全固体电池的发展潜力

　　在2010年5月17日出版的《日经电子》上刊登了“新一代电池走近‘全固体’时代”一文，报道了采用固体电解质取代有机电解液的全固体电池的动向。关注全固体电池，是因为其较高的安全性以及较宽的电位窗，有望大大推动电池的发展。

　　另外，全固体电池或许将大大改变包括制造方法在内的已有概念。由于不使用液体，因而简化外壳；还可通过卷对卷方式制造大面积的电池单元。此外，通过层叠多个电极、并使其在电池单元内串联，可制造出12V及24V的大电压电池单元等前所未有的电池。

　　固体电解质可大体分为高分子类及无机物类两类。高分子类固体电解质虽然在低温特性方面还存在问题，但由于其具有便于通过卷对卷方式大量生产的优点，因此，出现了力争在面向定置设备的蓄电用途方面实用化的趋势。例如，日本电力中央研究所正在开发用于电热水器“EcoCute”中的全固体电池。该研究所称，希望通过在全固体电池中蓄电，将300～400L的储水箱的体积减小到必要的最小限度，使其可设置在公寓等集体住宅中。据介绍，在尚待提高的低温特性方面，设想在60℃的温度下工作，目前正在探讨通过在储水箱中设置全固体电池来保持温度。

　　无机物类固体电解质方面，数字显示达到3～5×10-3S/cm这一与有机电解液相当的离子传导率的硫化物类固体电解质（Li2S-P2S5）将面世，相关开发进行得如火如荼。采用硫化物类电解质的研究方面，日本出光兴产、日本大阪府立大学、三星横浜研究所、日本产业技术综合研究所、东京工业大学、丰田以及日立造船等均在学会上发表了研究成果。出光兴产展出了A6b大小的层叠（Laminate）型电池单元的试制品，力争2012年开始商业化生产。

　　《日经电子》将与《日经汽车技术》联合举办电动车辆最新动向研讨会“AUTOMOTIVE TECHNOLOGY DAYS 2010 summer ”（2010年5月30日～6月1日，目黑雅叙园）。专业分组会中，设置了可了解车载用电池最新动向的“B-1 电池及充电技术I”“B-2 电池及充电技术II”。其中，在将于6月1日举办的“B-2 电池及充电技术II”上，计划由丰田及三星横浜研究所分别以“对革新型充电电池的期望”和“全固体锂电池的实用化研究”为题，发表涉及全固体电池的演讲。

　　具体将由丰田介绍锂离子充电电池新材料、全固体电池以及锂空气电池等的研究事例。三星横浜研究所的采用Ni（镍）类正极材料硫化物类固体电解质的开发品，取得了接近实用水平的输出功率特性、与电解液类固体电解质相同乃至更高的寿命等性能。三星横浜研究所将介绍其开发举措。（记者：狩集 浩志）

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掌握新一代电池的最新动向！

　　《日经电子》将于2011年2月23日举办“新一代电池开发最前线——汽车、家庭及社会由此改变”研讨会（东京都市中心酒店（Toshi Center Hotel））。在锂离子电池方面，虽然迄今这方面的研究在便携产品市场扩大的背景下取得了进展，但今后面向电动汽车及插电式混合动力车等电动车辆、以及可实现电力网稳定化的蓄电系统等广泛领域的研发将必不可少。因此，有必要让更多的技术人员深入了解新一代电池的知识，并致力于提高电池业界的技术水平，以便早日实现新一代电池的需求扩大。

　　此次研讨会将探讨以锂空气电池、全固体电池及有机电池为代表的新一代锂离子电池的电极材料。锂空气电池及全固体电池方面，将请丰田公司分别讲解。作为开发革新性电池的基础研究部门，丰田于2008年6月新设了“电池研究部”，正在积极推进锂空气电池、全固体电池及锂离子电池新材料等新一代电池的研究。

　　锂空气电池以大气中的氧气为正极，与目前的锂离子电池相比，可将能量密度在理论值上提高到以前的15倍以上，所以作为“终极”电池备受关注。然而，锂空气电池作为充电电池使用时，存在着作为反应中间体的活性氧会与电解液发生反应的问题。针对这一问题，丰田对锂空气电池的反应机构进行了彻底分析，将锂空气电池制成可充放电的充电电池。有关这方面的举措，将请丰田电池研究部研究2组组长锦织英孝进行介绍。

　　在全固体电池方面，由于其电解质不采用液体电解液，而是采用固体电解质，因此，作为具备可提高安全性及耐久性、以及可通过在电池单元内进行串联以提高电压等前所未有的特性的电池，受到了极大关注。就这种全固体电池方面的领先举措，将请丰田电池研究部研究1组组长川本浩二进行讲解，还将请在硫化物类玻璃陶瓷电解质领域进行先端研究的日本大阪府立大学研究生院工程学研究科教授辰巳砂昌弘发表演讲（参阅本站报道）。

可提高正极容量的有机电池以及固溶体类正极材料

　　采用理论容量最大达到近1000mAh/g的有机化合物作为正极材料的有机电池，具有因不使用重金属而重量较轻、且资源限制较小的特点，目前正以2020年正式销售为目标推进研发。有关其现状及今后的的展望，将请村田制作所的佐藤正春发表演讲。

　　另一方面，固溶体类正极材料（Li2MnO3‐LiMO2（M：Co, Ni，Mn等金属））由于具备超过传统锂离子电池正极材料近2倍的280mAh/g的比容量，因而，作为可提高现有锂离子电池容量的正极材料而受到关注。

　　在2010年11月举办的“第51届电池讨论会”上，日产汽车、日本产业技术综合研究所、田中化学研究所、户田工业及三洋电机等厂商相继进行了固溶体类正极材料的信息发布。美国通用汽车（General Motors）、日本旭化成及旭硝子等厂商也于2011年1月底宣布，将向生产固溶体类正极材料的美国Envia Systems提供总额为1700万美元（约合14亿1000万日元）的出资，成为人们关注的话题。

　　有关固溶体类正极材料产生高容量的原理、以及固溶体类正极材料的特性及今后的发展前景，将请日本产业技术综合研究所泛在能源（Ubiquitous Energy）研究部门蓄电设备研究小组主任研究员田渕光春进行讲解（参阅本站报道）。

　　此外，作为机械化学（Mechanochemical）处理的一种，在超离心力场中采用溶胶-凝胶（Sol-gel）法，可使数nm级的粒子化材料及碳材料以高分散方式混合的“纳米混合技术”方面，将请东京农工大学研究生院工程学研究院应用化学部门教授直井胜彦发表演讲。

　　作为采用该技术的事例，日本Chemi-Con计划于2011年春季样品供货负极采用钛酸锂与碳纳米纤维复合材料的锂离子电容器。纳米混合技术在用作锂离子电池的电极材料时都非常有效，无论是采用锡（Sn）还是磷酸铁锂（LiFePO4）作为正负极，性能都成功地得到了提高（参阅本站报道）。（记者：狩集 浩志）