【正文】 界面控制　三重縣產(chǎn)業(yè)支援中心等設(shè)想將目前正在開發(fā)的全固體鋰聚合物充電電池與太陽能電池、電子紙及柔性底板等大面積元件相結(jié)合。三重大學(xué)新一代電池開發(fā)中心、三重縣工業(yè)研究所、鈴鹿工業(yè)高等職業(yè)學(xué)校、金生興業(yè)（Kinseimatec）、KUREHA ELASTOMER、新神戶電機、凸版印刷及明成化學(xué)工業(yè)等都參與了該全固體鋰聚合物充電電池的開發(fā)（上篇介紹了試制線）。日前武田就全固體鋰聚合物充電電池的開發(fā)目的等接受了記者的采訪。 武田：全固體鋰聚合物充電電池的特性取決于是否能夠順利進行電極與電解質(zhì)的界面控制。在采用該技術(shù)的同時，還努力實現(xiàn)了電池的大面積化和超薄化。如果能夠順利進行界面控制，就會使多層化順利實現(xiàn)。因為本來就很薄，所以即便層疊起來，電池也不會太厚。這是因為疊層（Laminate）較厚的緣故?，F(xiàn)在，疊層使用的是普通產(chǎn)品，如果使用專用品，片材會變得更薄。但此次的全固體鋰聚合物充電電池，可在0℃下工作。這樣，鋰離子便能在各層間輕松移動，從而可在低于室溫時驅(qū)動。我們還分別在正極層和負極層中加入了高分子材料，通過電子線照射使其交聯(lián)。 武田：正負極與電解質(zhì)的界面非常重要。我們在電解質(zhì)材料中混入了添加劑（高分子材料），即使形成中間層也不會出現(xiàn)問題。 　　說到全固體電池，很早以前人們就開始探討固體電解質(zhì)采用硫（S）類元素的方法。這樣，界面上的電阻就比較大，無法取出充分的電力。豐田汽車首次披露4層重疊的全固體電池單元圖A1：豐田汽車試制的全固體電池豐田汽車在“豐田環(huán)境技術(shù)記者發(fā)布會”上披露了全固體電池試制品。試制品為10cm10cm左右的層疊型單元。此次的試制單元以正極、固體電解質(zhì)和負極為一組，進行了4層重疊，4=。 　　據(jù)介紹，試制單元正極使用LiCoO2，負極使用石墨，固體電解質(zhì)采用了硫化物類。研究成果方面，豐田已經(jīng)確認，即便是在采用電解液的舊有鋰離子充電電池因電解液沸騰而無法使用的100℃環(huán)境下，其試制的全固體電池依然能夠工作。為了抑制這一現(xiàn)象，該公司與物質(zhì)和材料研究機構(gòu)開展合作研究，通過在正極材料表面涂布陶瓷，將界面的電阻降低到了原來的1/100。 圖1：展示的全固體電池。（點擊放大）圖2：通過4層重疊。試制品為10cm10cm左右的積層型電池單元。展示時電池單元為剛充完電的狀態(tài)，（）的電壓值（圖2）。 　　豐田汽車正在積極開發(fā)新一代電池——全固體電池及鋰空氣電池。而且，與溫度過高時會燃燒的有機電解液不同，其安全性高，無需封入液體，因此還有能簡化安裝等許多優(yōu)點。 　　全固體電池存在正極材料與固體電解質(zhì)的界面會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生生成物，從而導(dǎo)致電阻升高的課題。（記者：狩集 浩志） 全固體電池實用進程加速，東工大和豐田等合成新材料官方微博： 新浪微博 騰訊微博 搜狐微博 網(wǎng)易微博開發(fā)品的試樣　　全固體電池因以固體電解質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有機電解液，有望提高安全性和延長使用壽命，所以作為新一代電池的有力候選而備受關(guān)注。 　　這就是硫化物類固體電解質(zhì)的一種——Li10GeP2S12。是由東京工業(yè)大學(xué)、豐田汽車和高能加速器研究機構(gòu)的研究團隊開發(fā)的。 刷新保持了30年之久的記錄 　　作為全固體電池實用進程中的重要課題，一直存在著固體電解質(zhì)離子傳導(dǎo)率低的問題。 　　102S/cm，實現(xiàn)了與現(xiàn)有主流有機電解液同等的離子傳導(dǎo)率（圖1）。 圖1：優(yōu)于電解液的離子傳導(dǎo)率實現(xiàn)102S/cm。（圖根據(jù)東京工業(yè)大學(xué)資料制作）　　并且，因全固體電池的固體電解質(zhì)中只有鋰離子移動而承擔全部電流，所以遷移數(shù)為1。因有這一特點，此次開發(fā)的固體電解質(zhì)被認為顯示出了優(yōu)于有機電解液的卓越性能。“找到候選材料后，在單相化合成工藝上花費了約1年的功夫”。由大強度質(zhì)子加速器設(shè)施“JPARC”中的超高分辨粉末中子衍射設(shè)備“SuperHRPD（BL08)”的中子衍射測定，最終探明了晶體結(jié)構(gòu)。具體而言，Li10GeP2S12為3維骨架結(jié)構(gòu)物質(zhì)，在其骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部，由于鋰呈鏈條結(jié)構(gòu)存在，所以實現(xiàn)了較高的鋰傳導(dǎo)性。 圖2：骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋰呈鏈條狀存在此次開發(fā)的固體電解質(zhì)（Li10GeP2S12）不同于以前的固體電解質(zhì)，是擁有三維結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。（圖根據(jù)東京工業(yè)大學(xué)資料制作）　　尋找和此次新材料具有相同結(jié)構(gòu)的材料，就有望合成離子傳導(dǎo)率更高的材料。豐田汽車已經(jīng)試制了使用Li10GeP2S12的全固體電池（圖3）。 圖3 穩(wěn)定的充放電周期特性豐田汽車試制了用Li10GeP2S12作固體電解質(zhì)的全固體電池。（圖根據(jù)東京工業(yè)大學(xué)資料制作）　　其結(jié)果，獲得了非常穩(wěn)定的充放電曲線。第二周期以后，顯示出約100％的充放電效率，并確認之后直至第八周期均可穩(wěn)定充放電。（記者：久米秀尚）大阪府立大學(xué)開發(fā)出新型全固體鋰離子充電電池用固體電解質(zhì)大阪府立大學(xué)助教林晃敏開發(fā)出了可提高全固體鋰離子充電電池輸出特性的技術(shù)。全固體鋰離子充電電池由于無需使用有起火及漏液危險性的有機電解液，因此，安全性得以提高。 　　通過詳細研究基于硫化物類物質(zhì)的固體電解質(zhì)的結(jié)晶溫度，103S/cm（室溫）。此技術(shù)使在電極活性物質(zhì)周圍自行形成固體電解質(zhì)相，與以往僅將粉末混合制成的電極電解質(zhì)復(fù)合體相比，形成了更優(yōu)良的固體界面。 　　林晃敏表示，今后為了進一步提高工作電流密度，計劃詳細研究電極活性物質(zhì)的表面處理。此項研究是日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO技術(shù)開發(fā)機構(gòu)）發(fā)起的產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究資助項目之一。具體而言，該技術(shù)是把無機固體電解質(zhì)的導(dǎo)電率提高到液體電解質(zhì)水平、以及可實現(xiàn)高速電荷移動的電極－固體電解質(zhì)界面的構(gòu)筑方法。不過，此次技術(shù)的實用化，“仍需進行數(shù)年的研究開發(fā)”（林晃敏）。另外，全固體電池由于是在電極電解質(zhì)界面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，因此，要想提高輸出特性，良好的固體界面的形成至關(guān)重要。通過上述措施，大幅提高了全固體電池整體的工作電流密度?！跋Ｍㄟ^對處理所使用的材料及構(gòu)筑方法的深入探討，力爭進一步提高性能，盡早使其實現(xiàn)實用化”（林晃敏）。（記者：富樫 悠太）150層重疊的全固體電池，絲網(wǎng)印刷后一次性燒制而成全固體電池的截面照片　　“與同樣大小的陶瓷電容器相比，蓄電容量可以提高到1000倍以上。日本材料廠商NAMICS、技術(shù)開發(fā)風(fēng)險公司AIOMU TECHNOLOGH與巖手大學(xué)合作開發(fā)出了在一節(jié)電池內(nèi)重疊150層電極和固體電解質(zhì)的全固體電池。固體電解質(zhì)為氧化物類材料。由于各層為并聯(lián)，因此層數(shù)越多，蓄電容量就越大。疊加150層以上在技術(shù)上也可以實現(xiàn)。采用與陶瓷電容器類似的結(jié)構(gòu)。具體來說，在片狀的固體電解質(zhì)上，用絲網(wǎng)印刷形成膏狀電極。之后，在大氣中以800～1000℃加熱30～60分鐘，全固體電池就制成了。試制用的生產(chǎn)裝置采用了A4大小的薄片，一次生產(chǎn)了2500個電池單元。 　　NAMICS計劃在今后幾個月內(nèi)，確定是自己生產(chǎn)還是專門做材料供應(yīng)。合作開發(fā)者——巖手大學(xué)名譽教授馬場守表示：“希望將來也能應(yīng)用于電動汽車的電源等大尺寸產(chǎn)品”。今年增設(shè)了以全固體電池為中心的“鋰電池（全固體 　　在討論會第一天的11月9日，以豐田汽車、日本三星橫濱研究所、村田制作所以及豐田中央研究所等企業(yè)為代表，大阪府立大學(xué)、靜岡大學(xué)以及產(chǎn)業(yè)綜合研究所等進行了全固體電池相關(guān)的發(fā)表。豐田發(fā)表的具體內(nèi)容為，“硫化物固體電解質(zhì)中Li+傳導(dǎo)路徑預(yù)測～計算與實驗的匹配性”（演講序號：1G12），“Li2SP2S5系固體電解質(zhì)的材料設(shè)計”（演講序號：1G13），“Li2SP2S5系固體電解質(zhì)的全固體電池的評價”（演講序號：1G14），以及“基于材料集成組合技術(shù)的鋰離子傳導(dǎo)性固體電解質(zhì)的開發(fā)——‐‐TiO2系的驗證試驗”（演講序號：1G15）。目前，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所泛在能源研究部門正在著手研發(fā)使鐵和鈦固溶于Li2MnO3的新固溶體類正極材料。不久前，長年研究固溶體類正極材料的產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所泛在能源研究部門蓄電元件研究組主任研究員田渕光春接受了記者采訪。負極材料除了現(xiàn)有的碳類之外，還有合金類等有望實現(xiàn)大容量化的若干候選材料，絕大多數(shù)不含鋰。這樣，在電池單元內(nèi)移動的鋰離子的供應(yīng)就必須由正極材料承擔。在這種意義上，固溶體類正極材料因其容量大，而且能夠探討與各種負極材料的組合，可以說人們對其實用化正充滿期待。具體的研究對象是含有鐵（Fe）、鈦（Ti）的固溶體類正極材料類。起初Li3MnO2和LiFeO2的電化學(xué)性質(zhì)均為惰性，單獨無法實現(xiàn)鋰的脫離及進入（作為電池進行充放電）。 　　目前，在Li2MnO3‐LiMO2的M部分使用鎳（Ni）和鈷（Co）的固溶體類正極材料研發(fā)很活躍，而Li2MnO3‐LiFeO2不使用材料成本昂貴的鈷和鎳，因此有可能在未來成為有望實現(xiàn)低成本化的大容量材料的候選。因此，2009年我們發(fā)布了在Li2MnO3‐LiFeO2中混雜少許鎳的2種材料體系。另一種則具備200mAh/g以上的放電容量。Li2MnO3的錳（Mn）是四價，本身為惰性，因此我們加入了鎳和鈷等三價添加元素作為活化元素。但單純還原Li2MnO3會生成LiMnO2，對充放電循環(huán)特性造成負面影響。我們開發(fā)的方法可以在Li2MnO3的晶體結(jié)構(gòu)的情況下還原部分四價錳，而且能夠改善初期充放電效率及充放電循環(huán)特性。今后還預(yù)定著手進一步改善該材料體系的特性。該公司目前正致力于作為車載鋰離子充電電池正極材料可兼顧容量與安全性的三元系材料（NCM，Li（NiCoMn）O2）的開發(fā)。另外，固溶體類正極材料（Li2MnO3‐LiMO2（M:Mn，Ni，Co等金屬））也包含在ANL三元材料專利之中，因此共擁有三個強有力的專利。此外，“HVSpinel”材料。村田制作所分別對正極材料、固體電解質(zhì)及負極材料模壓成型后，再將積層片材燒結(jié)為一體制成了全固體電池。正極活性材料使用與固體電解質(zhì)一樣具有聚陰離子架構(gòu)的LVP（Li3V2（PO4）3），負極活性材料則使用銳鈦（Anatase）型二氧化鈦（TiO2）。第二個周期的充電容量為76mAh/g，放電容量為73mAh/g，之后充放電容量均會保持在70mAh/g左右，可實現(xiàn)穩(wěn)定的充放電。關(guān)于低溫時的放電特性，最低可在－10℃下進行充放