客观日本

日本产综研:硫化物电池能使电动车续航增至500公里

2019年01月31日 化学材料

目前,日本的企业、大学和研究机构正积极推进性能超过现有锂离子电池(LiB、液态锂离子电池)的新一代蓄电池的研究开发,日本国立研究机构产业技术综合研究所(简称“产综研”)也是其中之一。产综研参与了新能源产业技术综合开发机构(NEDO)和科学技术振兴机构(JST)等的项目,正在开发锂硫电池、硫化物电池和钠离子电池等先进技术。记者日前采访了产综研能源与环境领域电池技术研究部门主任长谷本一美。

日本产综研:硫化物电池能使电动车续航增至500公里

产综研能源与环境领域电池技术研究部门主任长谷本一美

——请介绍一下您所在的电池技术研究部门。

谷本:产综研正在面向可再生能源、新一代汽车及智能住宅等创能、蓄能和节能领域,开发新材料、新技术及基础技术等。其中,电池技术研究部门主要负责蓄能技术,作为氢利用技术之一,正在开发燃料电池和蓄电池。

该部门所属的产综研关西中心原本是作为大阪工业技术试验所设立的,2018年迎来了成立100周年。LiB从1990年代开始研发,在此之前一直在开发镍氢电池等蓄电池。

——请介绍一下新一代蓄电池的开发要点。

谷本:在NEDO的车载蓄电池开发蓝图中,开发目标是到2030年代开发出能将纯电动汽车(EV)的续航里程延长到500km的大容量、长寿命、高安全性和低成本的蓄电池。能量密度方面,现有LiB为100~200Wh/kg,新开发的蓄电池的目标是达到500~700Wh/kg。

关于开发要点,提出了高级LiB、创新电池、新电池概念及新材料3个主题。高级LiB以大容量、高安全性和长寿命为目标,对现有LiB进行改进。采用无钴正极、硅负极和阻燃电解质等。计划到2020年使电动汽车的续航里程达到300km,插电式混合动力车(PHV)的纯电续航达到600km。

作为后LiB的创新电池,计划提高能量密度和循环特性。包括硫化物电池、锌空气电池、转换型蓄电池及硫化物类全固体电池等。后面会介绍到,预计采用硫化物电池可将电动汽车续航里程延长至500km。

新电池概念及新材料是指推进材料升级,并研究其在元器件中的应用。包括锂空气电池、钠离子电池、镁离子电池、有机物电池、氧化物类电解质等。

——请介绍一下产综研推进的开发项目。

谷本:主要开发硫化物电池、锌空气电池、转换型电池、钠离子电池、氧化物类电解质、有机物电池等。目前正通过NEDO和JST的项目推进开发。

比如,硫化物电池、锌空气电池和转换型电池等是NEDO“创新型蓄电池尖端科学基础研究事业(RISING)”(2009~2015年度)的后续项目“创新型蓄电池实用化促进基础技术开发(RISING2)”(2016~2020年度),正与京都大学共同受托开发。

而硫化物类全固体电池正在技术研究联盟“锂电池材料评价研究中心”(LIBTEC)推进开发。

——接下来请介绍一下各个项目的开发内容和成果等。

谷本:硫化物电池方面,正在开发正极采用金属硫化物取代金属氧化物,负极采用锂的锂硫电池。正极和负极都支持大容量,因此可能实现前面提到的500Wh/kg的能量密度和500km的续航。电解质考虑采用液体和固体两种。已经试制了蓄电池,确认可以进行充放电。今后将提高容量和充放电循环次数。

钠离子电池是采用资源量非常丰富的钠取代地理分布不均匀、可能无法保证稳定供应的锂制作的蓄电池。正极采用钠金属氧化物,负极采用碳。能量密度与现有的LiB基本相同。已经试制了蓄电池,确认可以进行充放电。今后打算研究使用的材料,进一步提高性能。

氧化物类电解质是全固体电池使用的材料。硫化物类材料虽然离子导电率高,但存在与水发生反应后会生成毒性较高的硫化氢的问题。而氧化物类材料不会产生有毒气体,安全性比较高,但是需要在100℃以上的高温环境下驱动。现在的目标是,提高离子导电率并实现常温驱动。材料方面,正在推进将现有LiB的液体电解质变成固体的开发。另外,电极和固体电解质的界面控制也很重要,因此还在尝试其他方法。今后预定试制蓄电池并进行验证。

——有机物电池方面情况如何?

谷本:有机物电池是不使用锂和钴等稀有金属的电池,具体来说,采用容量为LiB正极用钴酸锂2倍以上的醌系材料。另外还确认,蓝色染料靛蓝(Indigo)类材料也能作为正极使用,可以充放电3000次以上。并且发现,这些材料在钠离子电池和镁离子电池中也能正常发挥功能。现在的目标是设计和合成性能更优的材料,同时还在开发使用生物质的材料。

供稿:《电子元件产业新闻》
采访:东哲也
翻译编辑:JST客观日本编辑部

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