比全固體電池的潛力還要高的是被稱為“終極電池”的鋰空氣電池。鋰空氣電池的正極采用空氣中的氧，因此可大幅提高能量密度。不過(guò)，有觀點(diǎn)指出空氣極的還元反應(yīng)存在難題等。
在本屆電池研討會(huì)上，豐田宣布通過(guò)在鋰空氣電池的電解液溶劑中采用離子液體N，N─二乙基─N─甲基─N─甲氧基銨雙三氟甲基磺酰胺(DEME-TFSA)，可實(shí)現(xiàn)與有機(jī)溶劑相當(dāng)?shù)娜萘?圖11)注6)。
圖11：與有機(jī)溶劑差不多的離子液體
豐田通過(guò)在鋰空氣電池的電解液溶劑中采用乙醚類離子液體DEME-TFSA，實(shí)現(xiàn)了與有機(jī)溶劑相當(dāng)?shù)娜萘俊?/div>
注6) 豐田與豐田中央研究所以“作為L(zhǎng)i-O2電池用電解液的乙醚類離子液體”為題發(fā)表了演講[演講序號(hào)：2G04]。
鋰空氣電池用電解液溶劑的研發(fā)主流——有機(jī)溶劑雖然有望實(shí)現(xiàn)高容量化，但副反應(yīng)較大而且有揮發(fā)性，因此缺乏穩(wěn)定性。豐田之前采用N─甲基─N─丙基哌啶雙三氟甲磺酰胺(PP13-TFSA)離子液體也確認(rèn)可以像理論上一樣發(fā)生充放電反應(yīng)，但一直存在容量低的課題。此次的DEME-TFSA與PP13-TFSA相比有望實(shí)現(xiàn)約3倍的高容量化。
有機(jī)化合物備受期待
雖然著眼于2030年的新一代電池研究相關(guān)的話題比較多，但旨在提高目前的鋰離子充電電池性能的研究開發(fā)勢(shì)頭也絲毫沒(méi)有減退。
目前的鋰離子充電電池正極材料采用鈷酸鋰(LiCoO2)、3元系(LiNiMnCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)等(圖12)。不過(guò)，這些正極材料的理論容量都在200mAh/g以下。因此，探索容量在200mAh/g以上的新材料，以及為將最大性能提高到理論容量值而在正極材料中添加添加物的開發(fā)日益活躍。
圖12：多樣化的正極材料
在本屆電池研討會(huì)上，關(guān)于有機(jī)化合物和固溶體類材料等正極材料的發(fā)表有很多。
容量最大提高到1000mAh/g
在通過(guò)采用新材料實(shí)現(xiàn)200mAh/g以上鋰離子充電電池的候補(bǔ)技術(shù)中，關(guān)注度最高的是有機(jī)充電電池。正極采用有機(jī)化合物的有機(jī)充電電池的理論容量最大可達(dá)到近1000mAh/g。而且不使用重金屬。因此具備重量輕，資源限制少的優(yōu)勢(shì)。
不過(guò)，有機(jī)充電電池雖然單位重量的能量密度高，但單位體積的能量密度卻比較低。而且，鋰電位大多只有2～3.5V。因此，要想實(shí)現(xiàn)與目前的鋰離子充電電池相同的能量密度，至少要找到具備400～600mAh/g容量的有機(jī)化合物。
村田制作所計(jì)劃有機(jī)化合物“采用紅氨酸，力爭(zhēng)2020年前后實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化”(該公司)。紅氨酸如果發(fā)生四電子反應(yīng)，就能實(shí)現(xiàn)890mAh/g的理論容量。在本屆電池研討會(huì)上，作為本田技術(shù)研究所與日本Carlit的共同研究成果，示了正極材料采用紅氨酸的半電池單元的充放電特性(圖13)注7)。初次放電時(shí)的容量為750mAh/g，第二次以后穩(wěn)定在650mAh/g。反復(fù)充放電100次后也保持了430mAh/g的比容量。
圖13：利用有機(jī)化合物實(shí)現(xiàn)高容量化
有機(jī)化合物與現(xiàn)行的材料相比可提高正極的比容量。村田制作所將紅氨酸定位為主要候補(bǔ)，已確認(rèn)可將容量密度提高到650mAh/g左右。
注7) 村田制作所與、本田技術(shù)研究所和日本Carlit以“正極活性物質(zhì)采用紅氨酸的高能量密度充電電池”為題發(fā)表了演講[演講序號(hào)：3E18]。
松下也是致力于有機(jī)充電電池開發(fā)的企業(yè)之一。該公司大幅改善了有機(jī)充電電池的課題——充放電循環(huán)特性注8)。松下發(fā)布的成果是，將擁有四硫富瓦烯(TTF)構(gòu)造的聚合物材料(TTF聚合物)用作正極活性物質(zhì)，反復(fù)充放電3萬(wàn)次后仍維持了58%的放電容量。“通過(guò)提高共聚比率，構(gòu)造穩(wěn)定，提高了循環(huán)特性”(該公司)。
注8) 松下以“具備四硫富瓦烯的聚合物正極活性物質(zhì)的電氣化學(xué)特性”為題發(fā)表了演講[演講序號(hào)：3E16]
雖然試制電池的放電容量只有114mAh/g，作為有機(jī)充電電池比較低，不過(guò)某電池相關(guān)人士吃驚地表示，“(松下的)成果證明，如果抑制電解液的溶解，有機(jī)充電電池也能實(shí)現(xiàn)出色的充放電循環(huán)壽命”。
除此之外，松下還與京都大學(xué)的吉田研究室共同進(jìn)行了開發(fā)。在電池研討會(huì)結(jié)束后的2012年11月19日，發(fā)布了支持30C高速充放電的有機(jī)充電電池(圖14)。采用連接兩個(gè)酮形成環(huán)狀構(gòu)造的環(huán)狀1，2─二酮。酮由碳和氧構(gòu)成，因此無(wú)需擔(dān)心資源短缺，還能降低成本。通過(guò)將酮形成環(huán)狀實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定化。試制電池的容量為231mAh/g，充放電500次后仍保持了83%的容量。
圖14：可高速充放電的有機(jī)充電電池
京都大學(xué)和松下開發(fā)出了正極材料采用將兩個(gè)酮連接形成環(huán)狀構(gòu)造的環(huán)狀1，2-二酮的有機(jī)充電電池(a)。支持30C的高速充放電(b)。
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