日本產綜研：硫化物電池使EV續航增至500公里

目前，日本的企業、大學和研究機構正積極推進性能超過現有鋰離子電池（LiB、液態鋰離子電池）的新一代蓄電池的研究開發，日本國立研究機構產業技術綜合研究所（簡稱 「產綜研」）也是其中之一。產綜研參與了新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）和科學技術振興機構（JST）等的項目，正在開發鋰硫電池、硫化物電池和鈉離子電池等先進技術。記者日前採訪了產綜研能源與環境領域電池技術研究部門主任長谷本一美。

產綜研能源與環境領域電池技術研究部門主任長谷本一美

——請介紹一下您所在的電池技術研究部門。

谷本：

產綜研正在面向可再生能源、新一代汽車及智能住宅等創能、蓄能和節能領域，開發新材料、新技術及基礎技術等。其中，電池技術研究部門主要負責蓄能技術，作為氫利用技術之一，正在開發燃料電池和蓄電池。

該部門所屬的產綜研關西中心原本是作為大阪工業技術試驗所設立的，2018年迎來了成立100周年。LiB從1990年代開始研發，在此之前一直在開發鎳氫電池等蓄電池。

——請介紹一下新一代蓄電池的開發要點。

谷本：

在NEDO的車載蓄電池開發藍圖中，開發目標是到2030年代開發出能將純電動汽車（EV）的續航里程延長到500km的大容量、長壽命、高安全性和低成本的蓄電池。能量密度方面，現有LiB為100～200Wh/kg，新開發的蓄電池的目標是達到500～700Wh/kg。

關於開發要點，提出了高級LiB、創新電池、新電池概念及新材料3個主題。高級LiB以大容量、高安全性和長壽命為目標，對現有LiB進行改進。採用無鈷正極、硅負極和阻燃電解質等。計划到2020年使電動汽車的續航里程達到300km，插電式混合動力車（PHV）的純電續航達到600kｍ。

作為後LiB的創新電池，計劃提高能量密度和循環特性。包括硫化物電池、鋅空氣電池、轉換型蓄電池及硫化物類全固體電池等。後面會介紹到，預計採用硫化物電池可將電動汽車續航里程延長至500km。

新電池概念及新材料是指推進材料升級，並研究其在元器件中的應用。包括鋰空氣電池、鈉離子電池、鎂離子電池、有機物電池、氧化物類電解質等。

——請介紹一下產綜研推進的開發項目。

谷本：

主要開發硫化物電池、鋅空氣電池、轉換型電池、鈉離子電池、氧化物類電解質、有機物電池等。目前正通過NEDO和JST的項目推進開發。

比如，硫化物電池、鋅空氣電池和轉換型電池等是NEDO 「創新型蓄電池尖端科學基礎研究事業（RISING）」（2009～2015年度）的後續項目 「創新型蓄電池實用化促進基礎技術開發（RISING2）」（2016～2020年度），正與京都大學共同受託開發。

而硫化物類全固體電池正在技術研究聯盟 「鋰電池材料評價研究中心」 （LIBTEC）推進開發。

——接下來請介紹一下各個項目的開發內容和成果等。

谷本：

硫化物電池方面，正在開發正極採用金屬硫化物取代金屬氧化物，負極採用鋰的鋰硫電池。正極和負極都支持大容量，因此可能實現前面提到的500Wh/kg的能量密度和500km的續航。電解質考慮採用液體和固體兩種。已經試製了蓄電池，確認可以進行充放電。今後將提高容量和充放電循環次數。

鈉離子電池是採用資源量非常豐富的鈉取代地理分布不均勻、可能無法保證穩定供應的鋰製作的蓄電池。正極採用鈉金屬氧化物，負極採用碳。能量密度與現有的LiB基本相同。已經試製了蓄電池，確認可以進行充放電。今後打算研究使用的材料，進一步提高性能。

氧化物類電解質是全固體電池使用的材料。硫化物類材料雖然離子導電率高，但存在與水發生反應後會生成毒性較高的硫化氫的問題。而氧化物類材料不會產生有毒氣體，安全性比較高，但是需要在100℃以上的高溫環境下驅動。現在的目標是，提高離子導電率並實現常溫驅動。材料方面，正在推進將現有LiB的液體電解質變成固體的開發。另外，電極和固體電解質的界面控制也很重要，因此還在嘗試其他方法。今後預定試製蓄電池並進行驗證。

——有機物電池方面情況如何？

谷本：

有機物電池是不使用鋰和鈷等稀有金屬的電池，具體來說，採用容量為LiB正極用鈷酸鋰2倍以上的醌系材料。另外還確認，藍色染料靛藍（Indigo）類材料也能作為正極使用，可以充放電3000次以上。並且發現，這些材料在鈉離子電池和鎂離子電池中也能正常發揮功能。現在的目標是設計和合成性能更優的材料，同時還在開發使用生物質的材料。

採訪：東哲也

供稿：《電子元件產業新聞》

翻譯編輯：JST客觀日本編輯部

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