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摘要：日本电气硝子株式会社发布了世界上首个主要零件全部由“结晶玻璃”制成的氧化物全固态钠离子二次电池，在电池的主要零件（正极、负极、固体电解质）中，正负极采用结晶玻璃，固态电解质采用由钠离子、氧、铝组成的物质“β-氧化铝”。

关键词：钠离子电池、结晶玻璃、固态电解质、β-氧化铝、日本电气硝子

今年3月，日本电气硝子株式会社发布了世界上首个主要零件全部由“结晶玻璃”制成的氧化物全固态钠离子二次电池。本文将介绍使用传导性优越的固态电解质（结晶化玻璃）的划时代电池的特征及其开发所需的技术。

钠离子电池引人注目的原因

智能手机在世界范围内得到普及，另外EV（电动汽车）也在以惊人速度推进开发，对于能够反复充放电的“二次电池”的需求剧增。但是，目前主流的二次电池“锂离子电池”在制造过程中需要使用锂和钴等稀有金属，面临着未来资源枯竭的困境，令人担忧。

与之对比，在电子的移动中使用钠离子的“钠离子电池”，虽然到目前为止在输出功率方面不及锂离子电池，但是在弥补这一缺陷的研究上不断取得进展；而且由于钠资源储量丰富，作为可持续生产的电池材料受到期待。另外，其广泛的适用性也引起了人们的关注，与锂离子电池相比，使用温度范围更广，在零下或高温环境下也能工作。

超越玻璃性能的结晶化玻璃

日本电气硝子一直致力于使用结晶玻璃的钠离子二次电池的开发和研究，在2021年制造出了钠离子二次电池，在电池的主要零件（正极、负极、固体电解质）中，正负极采用结晶玻璃，固态电解质采用由钠离子、氧、铝组成的物质“β-氧化铝”。

结晶玻璃是将含有特殊成分的玻璃再加热后形成结晶状态的玻璃，具有高强度和硬度、热稳定性、耐久性等优点。另外，一般情况下，原子和分子在非结晶状态下无序排列，向不导电的绝缘体玻璃中加入β-氧化铝烧结，可以赋予结晶玻璃导电性，用作电池材料。该公司一直在推进将结晶玻璃用于固态电解质的研究。

此次开发了结晶玻璃材质的固态电解质，其钠离子传导性超过了锂离子电池等使用的以有机化合物为主要成分的有机电解液，工作温度扩大至-60 ~ 120℃。这是世界首个主要零件全部采用结晶玻璃的全固态钠离子二次电池。

此前钠离子电池都是采用β-氧化铝固态电解质，但通过使用结晶玻璃作为固态电解质，在保持宽广工作温度的同时，提高了钠离子的电导性。（来源：日本电气硝子）

在此次开发中，主要零件全部为结晶玻璃，可在-60℃~ 120℃的大温度范围内工作。另外，采用该公司独有的“玻璃软化流动”技术，实现了牢固的一体化，形成了离子传导路径极佳的蓄电元件（※）。

※蓄电元件指将正极、负极、电解质进行烧结一体化后的氧化物全固态电池的基本结构。

现行产品和新开发的钠离子电池的结构比较。

β-氧化铝很难形成薄的固体，但由于主要部件是由成型自由度高的结晶玻璃集成而成，体积可以很容易地变薄，所以可以将多个电池层叠起来，提高能量密度。（来源：日本电气硝子）

其成果是，在一个电池内可以容易地堆叠蓄电元件，提高了电池设计的自由度。在给机器配备电池方面，也变得更加灵活。

由于完全由玻璃制成，所以起火和爆炸的风险也极低，在保持现有产品优良特性的同时，进一步提高了性能。

不过，对于实用化来说容量仍然较小，因此电气硝子将开发出更安全、更大容量的蓄电装置，并继续推进具有可持续生产性的产品的实用化研究和开发。

为了应对锂离子电池的性能极限和课题，围绕下一代二次电池的研究和开发展开了激烈竞争，让我们拭目以待。

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主要零件全部采用结晶玻璃的钠离子二次电池