探寻车载充电电池的现状：了解电池材料的最新动向
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探寻车载充电电池的现状（一）确立全球规模的量产体制
混合动力车和电动汽车等电动车辆争先恐后地进入市场。其驱动源——车载锂离子充电电池配备了正极材料与此前手机和笔记本电脑等数字便携式产品中的主流电池略有不同的单元。原因是车载用途要求安全性高、寿命长、输出功率高、成本低的产品。
此前，便携产品用单元的正极材料一直以钴酸锂（LiCoO2）为主流，除此以外还采用3元系（Li（Ni-Mn-Co）O2）和NCA系（Li（Ni-Co-Al）O2）等。而车载电池考虑到安全性和成本的问题，没有采用LiCoO2。目前，车载用途的主流材料采用锰酸锂（LiMn2O4）、三元系以及磷酸铁锂（LiFePO4）。
例如，日本厂商中，三菱汽车的“i-MiEV”和日产汽车的“绿叶”配备的充电电池采用了基于LiMn2O4的正极材料。而GS汤浅与本田的合资公司Blue Energy预定面向本田混合动力车供应的单元，以及三洋电机面向混合动力车和插电式混合动力车开发的单元的正极材料采用三元系。
而中国比亚迪汽车的混合动力车“F3DM”则配备采用LiFePO4的单元，大部分的中国厂商也都显示出了采用该材料的迹象。此外，美国电池风险公司A123 Systems正在开发采用LiFePO4的车载锂离子充电电池。
正极材料之所以不采用LiCoO2，是因为其热稳定性较差。在过充电的情况下，锂脱离正极材料时发热，由此可能会导致生成氧。另外，由于内部短路等原因造成异常高温情况时，也会导致氧的生成。生成的氧与有机电解液发生反应，可能会出现燃烧现象。
对此，三元系、LiMn2O4和LiFePO4与LiCoO2相比热稳定性出色。热稳定性的排序为三元系＜LiMn2O4＜LiFePO4。LiFePO4的稳定性尤其高。LiFePO4具有橄榄石系结晶构造。橄榄石系材料的磷（P）和氧（O）牢固地结合在一起，即使遇到高温也很难产生氧。但橄榄石系材料的导电性较低，所以从数年前开始就对将其作为电池材料的做法存在争议。
不过，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）和A123 systems等通过缩小LiFePO4的粒径、以及利用碳进行包覆等，使可用于高输出功率用途的锂离子充电电池实现了实用化。由于其稳定性出色、材料价格低，中国的车载电池厂商几乎全部采用该材料。日本的住友大阪水泥也开始量产LiFePO4。目前正面向ELIIYPower供应该材料，应用于从2010年4月开始安装在固定使用的大型锂离子充电电池上。
不过，LiFePO4中锂的电位为3.4V左右，与其他材料相比较低。因此，制成单元时的能源密度要比三元系和LiMn2O4低。
因此，在与LiFePO4相同的橄榄石系材料中，作为可将锂的电位提高至4.2V左右的材料，磷酸锰锂（LiMnPO4）的开发备受关注。最近，量产LiFePO4的住友大阪水泥于2010年3月宣布，开发出了具有放电电位为4.1V、比容量在162mAh/g以上特性的LiMnPO4。
利用硅合金的复合材料提高容量
另一方面，负极材料目前以石墨为主流（部分，混合动力车采用非晶类碳材料）。不过，东芝和美国ENERDEL等正在开发采用虽然单元电压较低，但安全性和低温特性出色的钛酸锂（LTO）的锂离子充电电池。其中，东芝在2010年5月11日举行的“2010年度经营方针说明会”上宣布，在电动汽车用途方面，已经有内定采用该材料的企业（参阅本站报道）。负极材料也开始呈现多样化趋势。
作为新一代负极材料，目前，开发时机日益成熟的是硅类材料。因为硅与石墨相比拥有10倍以上的理论容量。不过，由于锂离子在脱插过程中会产生高达400％的体积变化，因此存在反复进行充放电容易引起构造破坏、无法确保循环寿命的课题。
为此，通过与原来的石墨混合设置空隙，以降低体积膨胀的方法、以及与SiO2等形成合金后与石墨混合的SiO-C复合材料等成了有力候选。目前，以大型电池厂商为首，三井金属矿业、大阪钛科技以及日立化成工业等正在推进材料开发。不过，据悉在车载用途领域并不会立即采用，首先将作为便携产品用锂离子充电电池积累经验。实际上，日立麦克赛尔将从2010年6月开始面向智能手机供货采用硅类负极材料的单元（参阅本站报道）。（记者：狩集 浩志）
探寻车载充电电池的现状（一）确立全球规模的量产体制
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| GS汤浅开发的混合动力车用单元。 |
此前，便携产品用单元的正极材料一直以钴酸锂（LiCoO2）为主流，除此以外还采用3元系（Li（Ni-Mn-Co）O2）和NCA系（Li（Ni-Co-Al）O2）等。而车载电池考虑到安全性和成本的问题，没有采用LiCoO2。目前，车载用途的主流材料采用锰酸锂（LiMn2O4）、三元系以及磷酸铁锂（LiFePO4）。
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| 三洋电机正在开发的锂离子充电电池。 |
而中国比亚迪汽车的混合动力车“F3DM”则配备采用LiFePO4的单元，大部分的中国厂商也都显示出了采用该材料的迹象。此外，美国电池风险公司A123 Systems正在开发采用LiFePO4的车载锂离子充电电池。
正极材料之所以不采用LiCoO2，是因为其热稳定性较差。在过充电的情况下，锂脱离正极材料时发热，由此可能会导致生成氧。另外，由于内部短路等原因造成异常高温情况时，也会导致氧的生成。生成的氧与有机电解液发生反应，可能会出现燃烧现象。
对此，三元系、LiMn2O4和LiFePO4与LiCoO2相比热稳定性出色。热稳定性的排序为三元系＜LiMn2O4＜LiFePO4。LiFePO4的稳定性尤其高。LiFePO4具有橄榄石系结晶构造。橄榄石系材料的磷（P）和氧（O）牢固地结合在一起，即使遇到高温也很难产生氧。但橄榄石系材料的导电性较低，所以从数年前开始就对将其作为电池材料的做法存在争议。
不过，美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）和A123 systems等通过缩小LiFePO4的粒径、以及利用碳进行包覆等，使可用于高输出功率用途的锂离子充电电池实现了实用化。由于其稳定性出色、材料价格低，中国的车载电池厂商几乎全部采用该材料。日本的住友大阪水泥也开始量产LiFePO4。目前正面向ELIIYPower供应该材料，应用于从2010年4月开始安装在固定使用的大型锂离子充电电池上。
不过，LiFePO4中锂的电位为3.4V左右，与其他材料相比较低。因此，制成单元时的能源密度要比三元系和LiMn2O4低。
因此，在与LiFePO4相同的橄榄石系材料中，作为可将锂的电位提高至4.2V左右的材料，磷酸锰锂（LiMnPO4）的开发备受关注。最近，量产LiFePO4的住友大阪水泥于2010年3月宣布，开发出了具有放电电位为4.1V、比容量在162mAh/g以上特性的LiMnPO4。
利用硅合金的复合材料提高容量
另一方面，负极材料目前以石墨为主流（部分，混合动力车采用非晶类碳材料）。不过，东芝和美国ENERDEL等正在开发采用虽然单元电压较低，但安全性和低温特性出色的钛酸锂（LTO）的锂离子充电电池。其中，东芝在2010年5月11日举行的“2010年度经营方针说明会”上宣布，在电动汽车用途方面，已经有内定采用该材料的企业（参阅本站报道）。负极材料也开始呈现多样化趋势。
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| 东芝正在开发的采用LTO的单元（图：摘自《日经电子》2009年5月4日号的专辑“充点电”）(点击放大) |
作为新一代负极材料，目前，开发时机日益成熟的是硅类材料。因为硅与石墨相比拥有10倍以上的理论容量。不过，由于锂离子在脱插过程中会产生高达400％的体积变化，因此存在反复进行充放电容易引起构造破坏、无法确保循环寿命的课题。
为此，通过与原来的石墨混合设置空隙，以降低体积膨胀的方法、以及与SiO2等形成合金后与石墨混合的SiO-C复合材料等成了有力候选。目前，以大型电池厂商为首，三井金属矿业、大阪钛科技以及日立化成工业等正在推进材料开发。不过，据悉在车载用途领域并不会立即采用，首先将作为便携产品用锂离子充电电池积累经验。实际上，日立麦克赛尔将从2010年6月开始面向智能手机供货采用硅类负极材料的单元（参阅本站报道）。（记者：狩集 浩志）
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