充电电池的研发呈多样化，更加注重安全性能

　　但负极材料采用石墨的现行锂离子充电电池的能量密度正在接近极限。今后将通过混合使用硅（Si）及锡（Sn）等合金类负极材料，来提高能量密度，目标是到2020年使能量密度达到800～1000Wh/L左右。

　　便携终端用电池方面，虽然高容量化仍是今后的开发主流，但部分企业已开始转向其他开发方向，比如将原来长达1～2小时的充电时间缩短至10分钟左右，在不增加容量的情况下提高易用性。

　　以NTT DoCoMo为例，该公司在CEATEC JAPAN 2011上公开了可在10分钟内快速充电的移动电源试制品。可利用外出前或在餐厅吃饭时等较短的时间，为移动电源快速充电，然后再利用移动电源为智能手机充电。

　　如果能够结合使用NTT DoCoMo已开始销售的无线供电系统，构建可随时随地快速充电的基础设施，便有望在不增加充电电池容量的情况下提高便携终端的易用性注5）。

　　注5）NTT DoCoMo推出了配备非接触充电功能“放置充电”的智能手机。该公司为了提高这些智能手机的易用性，目前正在咖啡馆及机场候机室等场所建设可进行无线充电的基础设施。

　　低成本化要求严格

　　在电动汽车领域，HEV用途与PHEV/EV用途的开发方向将泾渭分明。HEV用途方面，因较为重视高输出功率及长寿命，除了锂离子充电电池之外，估计还会采用锂离子电容器。而PHEV及EV用途方面，将会开发既具备高安全性及长寿命，又能实现高容量化的电池。而且，电动汽车用途对低成本化的要求非常严格。估计很难采用现有便携终端用电池采用的钴（Co）等成本较高的材料。

　　定置用途方面的开发动向也一样。可再生能源平均化用途方面，已开始引入锂离子电容器，以电网电力的高峰期转换用途为代表，大楼及住宅用蓄电系统用途与PHEV及EV用途一样，要求电池安全性高、寿命长，而且可以提高容量。但低成本化要求比电动汽车用途更为严格，估计超过1MW的大型电池还会采用氧化还原液流电池。

　　获得第三方认证

　　随着电池用途的不断扩大，电池的开发重心呈现出了高容量、高安全性及长寿命等多样化趋势。即便如此，在市场快速扩大的电动汽车用途与定置用途方面，今后开发的大前提仍是安全性高和长寿命。

　　在这种形势下，从事定置用锂离子充电电池业务的ELIIYPower宣布，2011年8月其大型锂离子充电电池全球首次获得了国际第三方机构TUV Rheinland日本实施的安全标准认证“TV-S Mark”（图4）。达到了振动测试、贯通测试、冲击测试、冷热冲击测试、短路测试、过放电测试、落下测试、浸水测试、破坏测试、异常加热测试及过充电测试等11个项目的测试及工厂监查的要求，并获得了认证。

　　图4：注重安全性的电池单元

　　ELIIYPower开发出了注重安全性的锂离子充电电池（a）。全球首次获得了第三方机构TUV Rheinland日本实施的安全标准认证“TV-S Mark”。实施了钝钉穿剌、高温、过充电及过放电等测试，符合严格的安全标准（b，c）。

　　ELIIYPower采用了正极材料使用高温下具有出色热稳定性的磷酸铁锂（LiFePO4）的电池单元。2010年4月，该公司在川崎市建成年产20万个单元的量产工厂，并开始生产这种电池。

　　2010年12月，ELIIYPower通过在μm级别上对正极和负极进行微细构造控制，优化与电解液等的组合方式，使单元的能量密度比其原产品提高了约10％。而且，将使用温度范围扩大到了－20～60℃，尤其提高了高温下的循环特性以及低温下的充电性能。

　　据ELIIYPower介绍，尽管以前就曾对这种电池单元实施过钝钉穿剌测试、压碎测试、过充电测试及过放电测试等，并证明不会冒烟、起火及破裂，但考虑到今后要向家庭等普及这种电池，便取得了第三方机构的认证。

　　受东日本大地震后日本各地电力短缺的影响，住宅企业等开始考虑采用家用蓄电系统。但目前的现状是，很多住宅企业都很担心锂离子充电电池的安全性，希望电池厂商能够大幅提高电池单元的安全性。

　　实际生活中也曾发生过让这种担忧加剧的事故。2011年9月下旬，此前作为大型蓄电池不断获得应用的硫化钠（NaS）电池发生了火灾事故。由于起火原因尚未查明，作为销售商的日本碍子（NGK）决定停止供货，而且于2011年11月要求正在生产的NAS电池停产 注6）。

　　注6）日本碍子（NGK）2011年10月28日宣布停产NAS电池。2011年9月下旬三菱材料公司的筑波制作所发生了NAS电池火灾事故，因未查明原因，日本碍子便采取了这样的措施。

　　电池单元自身必须具备较高的安全性

　　不仅是定置用途，估计今后电动汽车用途对电池的这种担忧也会加剧。其原因是，“即便是ppm级别的缺陷，也会使大容量电池造成致命事故”（汽车业内人士）。因此，估计今后电动汽车用途将越来越多地采用正极材料使用高温稳定性出色的LiFePO4的锂电池。目前已开始出现这种征兆。

　　比如，本田已宣布在预定2012年上市的PHEV上采用正极材料使用LiFePO4的GS汤浅产锂电池。美国通用汽车公司也同样表示将在EV上采用由A123 Systems生产的、使用LiFePO4的锂电池。

　　使用LiFePO4的锂电池也存在问题。LiFePO4在制成电池单元时，电压只有3.5V，因此在电动汽车及定置用途等大电压条件下使用时，需要增加单元的串联数等，易用性较低。

　　因此，作为瞄准2020年的研发方向，具备与LiFePO4相同的橄榄石构造、电压达到4V以上的磷酸锰锂（LiMnPO4）及磷酸镍锂（LiNiPO4）等备受关注。LiMnPO4方面，住友大阪水泥已宣布2011年内开始样品供货这种正极材料，今后估计以采用这种材料的锂电池的实用化为目标的开发竞争将会更加激烈。

　　与电解液同等的性能

　　为了在提高安全性的同时实现高容量化，利用固体电解质而非目前主流的电解液的研发活动日益活跃。这种电池称为全固体电池。

　　全固体电池方面，人们发现了离子导电度与传统电解液同等的物质。这就是硫化物类固体电解质之一——Li10GeP2S12。表示锂扩散速度的离子导电度可在室温（27℃）下达到1.2×10－2S/cm，这是一个极高的数值。

　　开发出这种电解质的是，东京工业大学、丰田与高能源加速器研究机构组成的研发小组。主导研发的东京工业大学研究生院综合理工学研究系物质电子化学专业教授菅野了次自信地表示，“打破了此前固体电解质无法实现的、在室温下达到10－2S/cm的极限”。

　　丰田已试制出了采用这种固体电解质的电池单元。该公司在2011年10月举行的“第52届电池研讨会”上就其试制的单元发表了演讲，演讲题目为“采用高离子导电体Li10GeP2S12的全固体电池的特性”（演讲序号：4C21）（图5）。解决了此前全固体电池存在的大电流放电问题。测试结果显示，可实现50C的高倍率放电。

　　图5：离子导电性与电解液同等的全固体电池

　　丰田试制出了采用固体电解质Li10GeP2S12的全固体电池，这种电解质具备与电解液同等的离子导电性（a、b）。试制的电池单元可实现50C的放电倍率（c）。与此前开发的固体电解质相比，具备高输出功率特性（d）。

　　测试时，采用了由碳材料混合而成的电池单元，正极使用钴酸锂（LiCoO2），负极使用钛酸锂（Li4Ti5O12）。正极材料LiCoO2在包覆可降低界面电阻的铌酸锂（LiNbO3）之后，与固体电解质混合在一起。

　　这种电池存在的课题是，除固体电解质外，还存在较大的电阻因素，这会对高倍率特性带来巨大影响。丰田今后打算从被覆在正极材料的LiNbO3、负极电阻以及正极或负极电子通路等的影响中找出问题的原因所在。

　　如果能够解决此类问题，估计就能利用固体电解质，使安全性更高、容量更大的锂电池实用化。