??國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（英文為National Institute of Advanced Industrial Science and Technology，簡(jiǎn)稱“AIST”）作為日本最大的公共研究機(jī)構(gòu)，專注于研發(fā)有利于日本產(chǎn)業(yè)和社會(huì)發(fā)展的技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，起到將革新技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化連結(jié)起來(lái)的“橋梁”作用，同時(shí)還與世界各國(guó)的主要研究機(jī)構(gòu)簽訂合作備忘錄，構(gòu)建積極的全球合作網(wǎng)絡(luò)。目前產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所在日本的研究據(jù)點(diǎn)有11個(gè)，擁有約2300名研究人員。

英文名稱：Research Institute of Electrochemical Energy

中文譯名：電池技術(shù)研究部

總體研究?jī)?nèi)容：

3、核心競(jìng)爭(zhēng)力的強(qiáng)化，包括納米材料學(xué)、應(yīng)用表面科學(xué)、材料開(kāi)發(fā)方法論等。

研究課題

電池技術(shù)研究部主要研究的課題共13個(gè)，其中與電池相關(guān)的課題共9個(gè)，具體內(nèi)容如下：

①對(duì)環(huán)境友好的、安全的直接燃料電池方面的提案

給固體高分子型燃料電池供應(yīng)甲醇等氫以外的燃料、在電極上直接氧化發(fā)電的直接燃料電池有望作為可移動(dòng)電源和移動(dòng)終端的充電器實(shí)現(xiàn)部分實(shí)用化和可利用化。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開(kāi)發(fā)了以抗壞血酸（維他命C）為燃料的直接燃料電池。這種燃料電池不使用氫和甲醇，燃料極反應(yīng)與攝取抗壞血酸時(shí)在生物體內(nèi)產(chǎn)生的代謝反應(yīng)相同，是安全無(wú)害的燃料電池。而且，抗壞血酸的氧化具有不必使用貴金屬催化劑、可在電極上使用表面積大的碳材料這一特征。

②金屬空氣蓄電池的固體高分子型空氣電極

金屬空氣電池因具有高能密度，作為創(chuàng)新性車載蓄電池，有望實(shí)現(xiàn)其蓄電池化?？諝怆姌O被指出具有過(guò)電壓較大、有堿性電解液的電極潤(rùn)濕和電解液泄露的危險(xiǎn)、因空氣中的二氧化碳而在氣體擴(kuò)散電極細(xì)孔內(nèi)會(huì)出現(xiàn)碳酸鹽沉淀等問(wèn)題。為了改善這些問(wèn)題并大幅度提高性能，電池技術(shù)研究部提出了使用陰離子交換膜及其離子聚合物的固體高分子型空氣電極，作出了抑制因空氣中的二氧化碳產(chǎn)生的性能低下以及防止液漏的可能性的報(bào)告。

③基于化學(xué)鍍層技術(shù)的高分子作動(dòng)器元件

90年代，舊大阪工業(yè)技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)出了使用特殊的化學(xué)鍍層法使高分子電解質(zhì)膜的兩面直接析出白金的、并利用了給電極接合體在水中施加電位這一現(xiàn)象的高分子作動(dòng)器。但是，因水的電分解而產(chǎn)生的氣泡問(wèn)題成為了待解決的課題。于是，電池技術(shù)研究部著眼于根據(jù)把電極從白金變?yōu)榻饋?lái)擴(kuò)大電位窗這一內(nèi)容，通過(guò)對(duì)金屬絡(luò)合物和還原劑的大力研究，成功在高分子電解質(zhì)膜的兩面形成了平均的金電極層，與原來(lái)使用白金電極的作動(dòng)器相比，在沒(méi)有氣體產(chǎn)生的情況下可形成大的彎曲。 

④化學(xué)鍍層（吸附反應(yīng)）下的膜電極接合體制造技術(shù)

利用化學(xué)鍍層法來(lái)制造膜電極結(jié)合體的技術(shù)原本是因固體高分子型電解水制氫法在舊大阪工業(yè)技術(shù)試驗(yàn)所開(kāi)發(fā)出的技術(shù)。此方法是在膜中吸附金屬絡(luò)合物，用還原劑在高分子電解質(zhì)膜的表面使白金直接析出的方法，具有粘著性高、在高電流密度操作下不易產(chǎn)生氣體等特點(diǎn)。

2.全固態(tài)鋰電池的固-固界面結(jié)構(gòu)技術(shù)

①根據(jù)固體電解質(zhì)的微細(xì)化·均勻分散來(lái)制造良好的復(fù)合電極

利用Li2S-P2S5固體電解質(zhì)在加壓條件下可常溫?zé)Y(jié)的特性，通過(guò)固體電解質(zhì)的微細(xì)化和室溫成型（常溫加壓燒結(jié)），電池技術(shù)研究部開(kāi)發(fā)了在產(chǎn)業(yè)上更加方便使用的密集電極層的制作工藝。該研究部通過(guò)各種各樣的方法探討了固體電解質(zhì)的粒子形狀控制，并通過(guò)均勻分散硫化物固體電解質(zhì)、改善電極的同質(zhì)性、增大電極-電解質(zhì)的接觸面積、使電極層變得高密度化（減小空隙）、在正極活性物質(zhì)（氧化物）粒子的接觸處產(chǎn)生局部應(yīng)力的方法，減少正極活性物質(zhì)粒子的破碎。低彈性系數(shù)和可以假塑性變形的硫化物固體電解質(zhì)作為控制向電極活性物質(zhì)粒子進(jìn)行應(yīng)力集中的緩沖層起到了不錯(cuò)的效果。

②全固態(tài)鋰硫電池

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所使用已開(kāi)發(fā)的易于成型的高容量電極活性物質(zhì)Li3NbS4，開(kāi)發(fā)出了利用Li2S-P2S5固體電解質(zhì)的全固態(tài)蓄電池。因?yàn)長(zhǎng)i3NbS4是通過(guò)常溫加壓燒結(jié)可以假塑性變形的材料，所以在室溫下的加壓成型過(guò)程中加壓的同時(shí)，可形成90%以上的致密成型體。即使充放電時(shí)產(chǎn)生大約30%的體積變化，也不產(chǎn)生裂縫，可實(shí)現(xiàn)380mAh g-1的可逆充放電并有望發(fā)現(xiàn)其良好的循環(huán)特性。

3.新制造工藝下抑制LiNiO2退化

雖然鎳酸鋰作為高容量鋰離子蓄電池正極材料被抱有期待，但是在高電位充電時(shí)周期退化嚴(yán)重，無(wú)法充分靈活運(yùn)用其特性。在目前為止對(duì)LiFeO2-Li2MnO3正極材料研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)新的制造工藝（Li2NiO3熱分解法）的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)出了可保持高容量（>190mAh/g）并大幅抑制了周期退化的鋰過(guò)量鎳酸鋰正極材料。

今后的計(jì)劃：在研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，尋找正極材料開(kāi)發(fā)合作伙伴，并向電池制造商提供供應(yīng)。并且，為了進(jìn)一步改善電池特性，電池技術(shù)研究部將進(jìn)行制造方法的探討以及異金屬置換效果的探討。另外，該部門也將繼續(xù)進(jìn)行LiFeO2-Li2MnO3正極材料的開(kāi)發(fā)以及大型鋰離子蓄電池使用的價(jià)格便宜且高性能的正極材料的開(kāi)發(fā)。

4.利用NMR開(kāi)發(fā)電池材料測(cè)評(píng)技術(shù)

電池技術(shù)研究部在廣泛應(yīng)用于有機(jī)結(jié)構(gòu)鑒別的NMR（核磁共振）技術(shù)上添加了“傾斜磁場(chǎng)”和“電場(chǎng)”，并正在測(cè)定作為與電池中存在的離子（陰離子、陽(yáng)離子）“動(dòng)向”相關(guān)的物性的擴(kuò)散系數(shù)（m2s-1）和移動(dòng)率（m2s-1V-1）。而且，該部門也在進(jìn)行使用了擴(kuò)散系數(shù)和導(dǎo)電率數(shù)據(jù)的解析，對(duì)決定了溶解于電解質(zhì)的鋰鹽的解離度和離子移動(dòng)率大小的相互作用力等內(nèi)容進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)把它們作為指標(biāo)的電解質(zhì)和分離器結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和提案。

5.探索鎂蓄電池結(jié)構(gòu)材料

如果能夠把輕便的多價(jià)金屬且在資源上也較為豐富的鎂（Mg）作為負(fù)極來(lái)利用，就可以制造出儲(chǔ)能密度高、成本小且較為安全的電池。但是，把Mg應(yīng)用于可充放電的蓄電池還在基礎(chǔ)研究階段，處于必須探索開(kāi)發(fā)可充放電的正負(fù)極材料和適用于兩極的電解液的現(xiàn)狀。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所發(fā)現(xiàn)了某種作為Mg電池的正極材料可進(jìn)行可逆反應(yīng)、且作為蓄電池可在室溫下進(jìn)行操作的有機(jī)物，同時(shí)研究了適用于此電池的電解液，改善了充放電的效果。

電池技術(shù)研究部還進(jìn)行了關(guān)于“使用乙二醇二甲醚類電解液的有機(jī)物-鎂二次電池的充放電特性”的研究。該項(xiàng)研究首次報(bào)告了有機(jī)物可以使用在鎂二次電池的正極中。該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，將該有機(jī)正極與金屬鎂負(fù)極、乙二醇二甲醚類鎂電解液進(jìn)行組合后，可以實(shí)現(xiàn)室溫下約接近2V的放電電壓，且能夠進(jìn)行反復(fù)的充放電。

6.開(kāi)發(fā)金屬多硫化物正極材料（下一代高能量密度蓄電池用電極材料的開(kāi)發(fā)）

目前，能夠應(yīng)用在電動(dòng)汽車上的、能量密度顯著提高的下一代蓄電池的開(kāi)發(fā)備受期待。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所開(kāi)發(fā)了結(jié)晶度較低的金屬多硫化物材料，并發(fā)現(xiàn)這種材料擁有一種新奇的充放電機(jī)制，是一種高容量電極材料。

該研究部門開(kāi)發(fā)的新材料與傳統(tǒng)材料相比，不僅金屬能夠進(jìn)行氧化還原，硫也可以，因此可以飛躍性地提高電池的容量。

7.實(shí)際電極中離子傳導(dǎo)率、電子傳導(dǎo)率測(cè)定方法研究

蓄電池、燃料電池、電容器中使用的電極是由電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體（電解質(zhì)）組成的復(fù)合體，電子傳導(dǎo)率、離子傳導(dǎo)率的測(cè)定對(duì)提高電池性能、明確電池劣化主要原因非常有效。但是，實(shí)際多孔電極中的測(cè)定方法還未確立，該電池技術(shù)研究部門一直在研究開(kāi)發(fā)各種類型、條件下的測(cè)定方法。另外，該部門還根據(jù)電池、燃料電池等電化學(xué)器件開(kāi)發(fā)企業(yè)的要求，進(jìn)行一些共同研究活動(dòng)。

目前該部分的主要研究成果如下：利用電化學(xué)阻抗進(jìn)行離子傳導(dǎo)率·電子傳導(dǎo)率測(cè)定；同時(shí)測(cè)定多孔電極離子傳導(dǎo)率·電子傳導(dǎo)率的“6端子法”；正確解釋電化學(xué)阻抗的基礎(chǔ)理論和手法。

8.電池內(nèi)部反應(yīng)不均現(xiàn)象可視化

該項(xiàng)研究由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所、京都大學(xué)、立命館大學(xué)、株式會(huì)社KRI共同進(jìn)行，并于2016年5月23日公布了研究成果。

在該研究中，研究團(tuán)隊(duì)為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)不均現(xiàn)象的可視化，使用了可獲得二維數(shù)據(jù)的X射線吸收光譜測(cè)定方法。另外，研究團(tuán)隊(duì)還確立了在鋰離子電池的電極中測(cè)量電子傳導(dǎo)率、離子傳導(dǎo)率的方法。通過(guò)在不同性能的鋰離子電池電極中使用上述方法進(jìn)行解析，研究團(tuán)隊(duì)最終確定電池內(nèi)部的反應(yīng)不均現(xiàn)象是由離子傳導(dǎo)所引起的，這一現(xiàn)象會(huì)極大地影響電池性能。

該研究成果有助于進(jìn)行鋰離子電池的實(shí)用性設(shè)計(jì)，可以幫助提高電池性能。尤其是在反應(yīng)不均現(xiàn)象較為明顯的大型電池中，該研究成果將適用于汽車用鋰離子電池的設(shè)計(jì)，并有望延長(zhǎng)電池的續(xù)航距離、提高電池的安全性。

9.在電荷載子中使用分子性離子的新型二次電池

在目前的Li二次電池中，Li+作為電荷載子起作用，因此電池的電壓、安全性等都收到Li本質(zhì)的物性上限制。為此，該研究小組在不使用Li+或Na+的電池中進(jìn)行了將分析性離子作為電荷載子進(jìn)行作用的電池實(shí)證。

該電池未來(lái)備受期待的優(yōu)點(diǎn)如下：