后鋰電池時代：哪種電池技術(shù)會脫穎而出

　　近幾年，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(fā)生東日本大地震后備受關(guān)注的定置用蓄電系統(tǒng)中使用的大型充電電池。

　　此前的研發(fā)主角一直是用于便攜終端的充電電池。但是，由于每臺產(chǎn)品所需要的電池容量和性能大大超出便攜用途，所以用于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只要能在產(chǎn)品約為2年的換購周期內(nèi)維持性能即可。而大型電池則必須保證10年或20年的更長期間。

　　圖1：面向汽車用途和定置市場發(fā)生變化的電池開發(fā)

　　汽車用途和定置市場今后將迅速擴大，因此電池開發(fā)也開始發(fā)生巨變。不僅是高容量化，從安全性和壽命的角度出發(fā)，全固體電池開始受到關(guān)注。此外，由于資源問題，鈉離子電池的開發(fā)加速。

　　據(jù)調(diào)查公司富士經(jīng)濟的調(diào)查結(jié)果，雖然純電動汽車（EV）目前的市場規(guī)模為每年幾萬輛，但“2020年以后會逐漸擴大，到2030年全球的EV將達到1374萬輛”。預(yù)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(xiàn)資源短缺問題。尤其是稀有金屬鋰（Li），業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為“總有一天鋰也會出現(xiàn)供應(yīng)短缺的問題”（某電池相關(guān)人士）。

　　另外，越來越多的研究人員開始開發(fā)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于作為鋰離子充電電池的正極材料。

　　關(guān)于在電池的性能中最為重要的大容量化指標(biāo)，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(fā)表了取得的成果，這些發(fā)表十分受歡迎，甚至出現(xiàn)了站著聽講的聽眾。從發(fā)表內(nèi)容中可以了解到，為了在2020～2030年前后實用化，并實現(xiàn)500Wh/kg以上的能量密度，電池開發(fā)人員正在推進基礎(chǔ)研發(fā)（圖2）。

　　圖2：計劃2020年實現(xiàn)300Wh/kg的能量密度

　　目前推進的材料開發(fā)的目標(biāo)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(xiàn)實用化。

　　不過，要想一下子實現(xiàn)具備500Wh/kg能量密度的新一代電池并非易事。因此，首先打算在2015～2020年前后實現(xiàn)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(fā)。

　　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(xiàn)。正極材料方面，采用有機化合物的有機充電電池領(lǐng)域的發(fā)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(huán)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。