日本村田製作所積極推動推動水系鋰離子電池(LiB)的開發。在以陽離子交換膜分隔2種水溶液的雙液型水系LiB的研發過程中,已著手將其與大幅增加活性物質量的厚型電極結合。結果顯示,相較於單液型水系LiB,新開發的雙液型電池容量提升約4倍。由於水系LiB具有高安全性,且製造時不需要乾燥環境,因此可望促進低環境負荷之蓄電池的實用化。
既有鋰離子電池多使用具有可燃性的有機溶劑,相對地,水系LiB採用不可燃的水溶液,因此可望作為「不燃電池」而備受關注。為推動水系LiB的實用化,目前主要透過提升鹽濃度製作濃厚電解液,以抑制電池運作過程中的水分解現象並維持穩定運行。然而,濃厚電解液不僅需要大量昂貴的鋰鹽,且尚有離子傳導度下降等課題。
為此,村田製作所構想出雙液型水系LiB,利用陽離子交換膜將正極側的酸性水溶液與負極側的鹼性水溶液分離。目前試作品能減少鋰鹽使用量,且透過選擇合適的電解質鹽,可實現與一般水溶液相當的高離子傳導度。
為進一步提升雙液型水系LiB的性能,村田製作所投入於高容量化開發,其中一環即是與增加厚活性物質量之厚型電極的結合應用。最近的實驗結果顯示,相較於單液型水系LiB,可望實現更高的容量。
實驗中,村田製作所使用了氫氧化鋰、氫氧化鉀、硫酸鋰、磷酸二氫鉀等作為電解質鹽,溶解於純水中製作正極與負極的水系電解液。正極活性物質選用尖晶石型鋰錳氧化物,面積密度調整為50~60 mg/cm2;負極活性物質則使用銳鈦礦型二氧化鈦,面積密度為100~120 mg/cm2,並以此製作厚型電極,試作出雙液型水系LiB單電池。
為了進行比較,村田製作所也製作了使用鋰鹽水溶液的單液型電池,並採用定電流方式進行充放電測試。結果顯示,雙液型電池容量達到80 mAh/g,而單液型僅有20 mAh/g。此外,雙液型水系LiB的鋰鹽濃度較低,且確認其離子傳導度比單液型高出一個數量級以上。針對本次成果,村田製作所指出「高離子傳導度是厚型電極能夠發揮充分容量的主要因素」。今後村田製作所將進一步透過材料開發與選擇,加速推動「不燃電池」的實用化。