【后鋰電池】(序)：鈉電池及有機電池開發如火如荼

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日本最大規模的電池學會“第53屆電池研討會”於2012年11月14∼16日成功舉辦。2300多名電池研發人員齊聚日本福岡，以提高鋰離子充電電池容量為目標的新一代正負極材料相關的演講接連不斷，鈉離子充電電池、全固體電池及有機充電電池等“后鋰離子充電電池”相關發表也盛況空前，會場內甚至出現了站著聽講的情況。

大型電池的市場需求日益高漲。對此起推動作用的包括今后有望普及的純電動汽車，以及2011年3月11日發生東日本大地震后備受關注的定置用蓄電系統中使用的大型充電電池。

此前的研發主角一直是用於便攜終端的充電電池。但是，由於每台產品所需要的電池容量和性能大大超出便攜用途，所以用於汽車及定置用途的大型電池逐漸成為研究的主要對象。

汽車和定置用途等使用的大型電池除了便攜終端用電池所要求的高容量化之外，對長壽命化和高安全性也有很高的要求（圖1）。比如壽命，便攜終端用鋰離子充電電池隻要能在產品約為2年的換購周期內維持性能即可。而大型電池則必須保証10年或20年的更長期間。

圖1：面向汽車用途和定置市場發生變化的電池開發 汽車用途和定置市場今后將迅速擴大，因此電池開發也開始發生巨變。不僅是高容量化，從安全性和壽命的角度出發，全固體電池開始受到關注。此外，由於資源問題，鈉離子電池的開發加速。

據市場調研企業富士經濟公司的調查結果，雖然純電動汽車（EV）目前的市場規模為每年幾萬輛，但“2020年以后會逐漸擴大，到2030年全球的純電動汽車將達到1374萬輛”。預計定置用途的用量也將隨著可再生能源的普及而成倍增長。

充電電池市場激增的負面影響是可能出現資源短缺問題。尤其是稀有金屬鋰（Li），業內一致認為“總有一天鋰也會出現供應短缺的問題”。

另外，越來越多的研究人員開始開發不使用鈷（Co）和鎳（Ni）等高價材料的充電電池，這些材料目前多被用於作為鋰離子充電電池的正極材料。

“第53屆電池研討會”上就鮮明地顯示出了這種立足於未來的研發趨勢。

鈉離子充電電池發表激增

本屆研討會的發表數量大幅增加的內容是不使用鋰的鈉離子充電電池。發表件數增加到了上屆的3倍（參照下圖）。採用資源豐富的鈉有望大幅降低成本。

關於在電池的性能中最為重要的大容量化指標，被稱為“后鋰離子充電電池”的全固體電池和鋰空氣電池紛紛發表了取得的成果，這些發表十分受歡迎。從發表內容中可以了解到，為了在2020∼2030年前后實用化，並實現500Wh/kg以上的能量密度，電池開發人員正在推進基礎研發（圖2）。

圖2：計劃2020年實現300Wh/kg的能量密度 目前推進的材料開發的目標是，2020年在確保安全性的同時使能量密度達到300Wh/kg。2030年使Li-S電池和鋰空氣電池等500Wh/kg以上的新一代電池實現實用化。

不過，要想一下子實現具備500Wh/kg能量密度的新一代電池並非易事。因此，首先打算在2015∼2020年前后實現目前約2倍能量密度、即200∼300Wh/kg的改良型鋰離子充電電池也在推進開發。

改良型鋰離子充電電池打算將正負極換成更高容量的材料來實現。正極材料方面，採用有機化合物的有機充電電池領域的發表每次都會增加。這種電池可以利用低價有機化合物，但此前循環特性存在課題，不過在本屆電池研討會上有報告宣布，充放電3萬次以上仍可以作為充電電池使用。

負極材料有硅（Si）和錫（Sn）等比容量為目前2倍以上即1000mAh/g的候補材料。長壽命化方面的難度最高，本屆電池研討會有很多關於解決該課題的內容發表。（日經技術在線！ 供稿）