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摘要：研究小组利用廉价且资源量丰富的元素，成功开发出具备高容量和可逆性的全固态钠电池的正极材料Na₂FeS₂。该正极材料在资源量、成本和寿命等方面取得了良好的平衡，有望作为全固态钠电池的电极活性物质投入实际应用。

关键字：全固态钠电池、正极材料、Na₂FeS₂、钠离子导电固态电解质、晶体结构、电极活性物质

概要

为实现碳中和社会，以锂离子电池为代表的二次电池的需求正在提高。为了应对日益扩大的需求，在资源储量方面比锂离子电池更具优势的钠离子电池备受关注，需要开发一种更廉价更高性能的材料。

在本研究中，为了降低全固态钠电池的正极构成材料的成本，成功研制出一种仅由钠（Na）、铁（Fe）、硫（S）构成的新型正极材料Na₂FeS₂（图1），该材料廉价且易于获得。

此外，经证实，使用了本研究开发的正极材料的全固态钠电池表现出与理论容量相当的高容量，可进行300次循环以上的充放电周期。此次开发的正极材料仅使用储量丰富、不受进出口限制且廉价的元素，因此有望作为更廉价更高性能的全固态钠电池的材料投入实际应用。

图1 Na₂FeS₂的晶体结构

研究背景

以锂离子电池为首的高能量密度的二次电池需求量正在逐年增加，市场规模有望扩大至当前的5~10倍。为了应对日益扩大的二次电池需求，在资源储量方面比锂离子电池更具优势的钠离子电池备受关注。

研究小组积极致力于开发世界上最优秀的钠离子导电固态电解质等全固态钠电池。在本研究中，为了降低全固态钠电池的成本，开发出了一种使用铁的正极材料。

研究内容

在本研究中，着眼于由廉价且资源量丰富的元素构成的铁系硫化物，开发出了一种由廉价且资源量丰富的钠（Na）、铁（Fe）、硫（S）构成的正极活性物质Na₂FeS₂。经证实，使用Na₂FeS₂作为正极活性物质而试制的全固态钠电池显示出单位重量Na₂FeS₂约320mAh g^-1的高容量，与理论容量值相当。

另外，已知这种电池具有300次循环以上的可逆充放电周期（图2），其长寿命得益于Na₂FeS₂独特的晶体结构。常见的大容量金属硫化物系电极材料大多为转换型充放电反应，与之相比，本研究中开发的Na₂FeS₂主要发生保持骨架结构的插入型充放电反应，由此实现了高可逆性。

图2 Na₂FeS₂为正极的全固态电池的充放电循环特性

预期效果及未来发展

本次开发的正极材料Na₂FeS₂在资源量、成本和寿命等方面取得了良好的平衡，有望作为全固态钠电池的电极活性物质投入实际应用。

今后，研究小组将进一步探讨提高输出/输入功率，快速充电，应用更优秀的负极材料等，以实现更廉价更高性能的全固态钠电池。

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