AIptent-logo

二次电池的最新动向

1、前言

可充放电的二次电池种类已从铅蓄电池、镍镉电池扩展到镍氢电池、锂离子电池(LIB),且可存储的能量有所提高。由此,电池已从仅可使用一次的干电池等一次电池发展至通过充电可反复使用的二次电池,加快了许多便携式电子装置的实用化,使我们的生活更加便利。

目前,作为应对气候变化的措施之一,正在迅速开发和普及电动汽车(EV),以通过电动化来降低和削减汽车行驶中的CO2排放量。但是,配备有蓄电池的电池电动汽车(BEV)仍然很昂贵,且充电一次的续航距离不及汽油车,因此尚未得到普及。针对于此,研究人员提出了低价且能量密度高的新一代蓄电池的候选方案,并通过国家工程(国家项目)等正在世界范围内进行开发。

此外,提供给电动汽车的电能必须为清洁能源。太阳能发电和风力发电是有望将CO2排放量尽可能降至零的可再生能源,但是易受天气影响,发电量不稳定。而蓄电池有望有效利用以上可再生能源。此外,由于近年来因自然灾害等导致停电的情况多发,因此急需一种能够在停电的情况下继续稳定提供电力的固定式蓄电池系统。

本文将对以数年至数十年后的实用化为目标的新一代二次电池的概要以及即将实用化的最新二次电池的动向进行介绍。具体介绍日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)正在推广的新一代电池,以及正在投入实际使用的新型锂离子电池、京瓷的粘土型电池和APB的全树脂电池。另外,本文中将二次电池和蓄电池用作同义词。

2、日本二次电池国家项目的措施

目前,在日本,各组织在经济产业省和文部科学省的领导下展开合作,积极进行各种新一代电池的开发项目(图1)1)。主要的新一代电池及其开发项目如下。

注1:在《NEDO二次电池技术开发路线图2013》(2013年8月30日发布)上刊登的图中,绘制NEDO·JST项目中正在研发的蓄电池性能(容量密度、工作电压)

注2:以上为根据电极活性物质的理论容量密度和标准电极电位计算得到的理论性能,并不是蓄电池所获得的实际性能。但是,带有*的标记表示绘制了基于实测的容量密度和工作电压。

图1 日本国家项目中开发的新一代蓄电池

各项目的概要如下:

●NEDO/RISING2

计划在2020年度末之前实现实际电池中的能量密度为500Wh/kg。同时,解决车载用蓄电池在耐久性和安全性方面的课题。目标是在2030年实现实用化。

●NEDO/SOLiD-EV

开发通用基础技术,以将全固态LIB作为EV搭载电池,并在2025年左右实现量产。

●JST/ALCA-SPRING

针对性能优于现有锂离子电池的创新型蓄电池进行基础研究。除了全固态电池和锂·硫电池以外,不拘泥于传统观念,致力于开发新型电池。

●文部科学省/元素战略

通过与计算科学合作并最大限度地提高通用元件功能,实现优于锂离子电池的性能。正在实施高浓度电解液技术的大规模上市、钠离子电池的企业移交、以及水系高电压电池的专利网构建。

下文,将对以上项目中的SOLiD-EV和RISING2进行说明。

图2示出Project 1(结合车载用蓄电池变化的设想,开发全固态LIB)和Project 2(开发创新型蓄电池)这两个蓄电池项目6)

图2 车载用蓄电池的变化与2个NEDO蓄电池项目

在Project 1中,SOLiD-EV是一种以硫化物固体电解质为中心、构成材料均为固体的全固态LIB,目标是在2020年实现实用化,2025年左右实现量产。

全固态LIB的电解质为无机固体电解质,因此具有“阻燃性”、“热稳定性”、“化学稳定性”、“单锂离子传导”的优势,并有望实现安全性、耐久性、高能量密度和高功率。但是,全固态LIB仍然存在很多待解决的课题,首先是能够投入实际使用的电池结构的实现,即能否发挥与现有LIB同等的性能,然后是能否通过电解质的“阻燃性”提高电池的安全性,以及是否能够发现并充分利用由于固体电解质而可以实现高能量密度的电极材料。相关研究人员正在关于这些课题进行确认与研究。

在Project 2中,RISING2是一个以创新型蓄电池(新一代LIB)为对象的项目,目标是能量密度500Wh/kg以上的的创新型蓄电池。目前,正在开发纳米界面控制电

表情
Ctrl + Enter