【后锂电池】(一)钠电池：从正极到固体电解质

【新闻链接】

【后锂电池】(序)：钠电池及有机电池开发如火如荼

未来数年锂电池和部材市场中中国企业份额有望大增

NTT开发出可嵌入内衣随时获取心律及心电图信息的电极材料

【EMS/ODM激战】（一）iPad mini制造竞争加剧

中国液晶面板市场变化是否会引爆全球市场“火药库”？

钠离子充电电池的发表数量激增至3倍是有原因的。那就是，最近数年钠离子充电电池的特性得到大幅提高（图3）。此前采用钠离子的充电电池只有日本碍子公司（NGK）已经商用化的钠硫（NAS）电池以及瑞士MES-DEA公司的钠镍氯化物充电电池。不过，这些电池组合使用了熔解钠和陶瓷固体电解质，因此需要300℃的工作温度。

图3：钠离子充电电池的研究开发日益活跃 钠离子充电电池可在常温下稳定工作，因此探索高容量材料的研究开发日益活跃。（图由《日经电子》根据东京理科大学的资料制作）

可用于钠离子充电电池的正极材料、负极材料及电解液的候补材料等从2005年前后开始陆续发现，现在已经具备可在常温下实现毫不逊色于锂离子充电电池容量的实力。

2005年，九州大学的研发小组宣布，通过在正极材料中采用α-NaFeO2，能实现可逆性钠离子的脱/嵌，钠的平均电压高达3.3V，由此开始受到关注。

可利用硬碳

更具有冲击力的是，负极材料通过采用硬碳也能实现钠离子的嵌入。此前一直作为锂离子充电电池主流负极材料的石墨无法进行钠离子嵌入。

另外，2009年春，东京理科大学驹场研究室发现了可用于硬碳负极而且充放电循环特性出色的电解液和添加剂，研究取得了大幅进展。

具体而言，研究了碳酸乙烯酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）及碳酸二乙酯（DEC）等锂离子充电电池常用的碳酸酯类溶剂。发现在PC和EC:DEC的混合溶液中，能以200mAh/g以上的高容量实现100次以上的循环寿命（图4）。 

图4：通过改变电解液提高充放电循环特性 东京理科大学通过将PC和EC：DEC用于电解液，实现了充放电循环特性出色的钠离子充电电池，并于2009年春进行了相关发表（a）。如果是锂离子充电电池利用的EC：DMC的话，电解液立即就会劣化（b）。（图由《日经电子》根据东京理科大学的资料制作）

众所周知，锂离子充电电池为了在石墨和电解液间获得良好的界面，会在电解液中添加碳酸亚乙烯酯（VC），以便在石墨上形成钝化膜。但如果将VC用于钠离子充电电池，电解液会立即劣化。东京理科大学宣布，通过添加氟代碳酸乙烯酯（FEC），可大幅抑制电解液的分解，有望改善电池寿命。

钠离子比锂离子的离子半径大，过去认为在结晶构造之间难以移动，高速率的充放电特性低，其实并非如此。东京理科大学理学部应用化学科副教授驹场慎一解释说：“离子半径大则表面电荷密度低，离子自身的传导率高。” 

图5：高速充放电特性出色的钠离子充电电池 利用东京理科大学试制的纽扣型电池进行充放电的结果显示，钠离子充电电池在高速充放电中也具备优异的特性。（图由《日经电子》根据东京理科大学的资料制作）

驹场研究室利用正极采用NaNi1/2Mn1/2O2、负极采用硬碳的纽扣型电池实施了试验，经确认，即使进行高速充放电，与低速充放电相比容量的降低程度也比较小（图5）。驹场表示，这是“因为电解液中的输送能力比锂离子还要优异”。 （日经技术在线！ 供稿）