National Institute of Advanced Industrial Science and Technology [Chairman: Ryoji Chubachi] (hereinafter referred to as ``AIST'') Energy Efficiency Research Division [Research Director: Tetsuo Munakata] Zhou Haoshin Chief Researcher, Nanjing University Chair Professor, University of Tsukuba Collaborative Graduate School Professor and Energy Interface Technology Group Dr Yaron Wang is working with Mitsubishi Motors Corporation to develop the world's first positive electrode project活性材料toeutectic liquid
Two types of solid substances共晶点成分混合显着降低凝固温度。廉价的三氯化铁六水合物（不含稀有金属的FeCl3·6H2O) 和尿素 (CO(NH2)2)以共晶点组成形成液体，将其用作正极侧的活性材料。积极的一面电解质不需要单独进行，并且不会发生固态材料的结构劣化问题。
与金属锂负极组合时，电压约为34V，正极侧的体积容量（共晶液单位体积的容量）为141mAh/cm3
该研究成果于2016年6月3日发表在英国学术期刊《Energy & Environmental Science"
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| 图1 与金属锂负极组合的共晶二次电池（图示放电情况） |
近年来，在环境和能源问题的背景下，移动电器产品、电动汽车、储能等各个领域对二次电池的需求不断增加。这些电源主要是锂离子电池使用的是，但其构成电解质是挥发性有机溶剂和锂盐，正极是含有钴和镍等被称为稀有金属的昂贵过渡金属的氧化物固体。这些材料，特别是昂贵的过渡金属，可以回收、纯化和再利用，但存在成本和环境影响等问题。固体正极的另一个问题是，当反复使用时，由于充放电过程中锂离子的流入和流出，其结构逐渐分解。
AIST 的目标是实现下一代锂离子电池的商业化，并已证明通过制造纳米结构电极材料可以实现高输出 (2008 年 8 月 27 日 AIST 新闻稿）。另外，采用金属锂作为负极、氧气作为正极的混合系统锂空气电池（2009 年 2 月 24 日 AIST 新闻稿、2012 年 11 月 5 日 AIST 主要研究成果)已被研究和开发。目前，其他下一代二次电池包括非水锂空气电池、锂硫电池、钠离子电池一起研究和开发使用廉价且环保的共晶液体的电池（简称共晶电池）。
氯化铁水合物（FeCl3·6H210553_105722)2)混合以形成低共熔液体。这些物质在室温下均为固体，但当在共晶点组合物下混合时，凝固点显着下降，并且直到约-7°C才会凝固。我们使用这种共晶液体作为正极和金属锂（锂离子电池中常见）以及有机电解质作为负极，制作了共晶电池原型（图 1）。另外，正极侧的共晶液发挥活性物质和电解质两种作用。使用由锂离子导电固体电解质（LISICON膜）制成的隔膜来分隔两种电解质液体。这种共晶电池的理论特性是电压约为34V，正极容量为共晶液体FeCl3·6H2O-尿素重量为 89 mAh/g，体积为 145 mAh/cm3When we measured the charge/discharge characteristics of an actually manufactured battery at 25°C and 40°C, the initial discharge voltage was approximately 34 V, and the capacity of the positive electrode was 141 mAh/cm at 40°C3，本次使用的共晶液作为正极活性物质表现理想，接近理论值。
作为具体电池特性的示例，第三次循环（thirdcycle）的充放电特性如图2所示。图2中的纵轴为电池在充放电时的电压。由于电池容量的理论值是根据电池中使用的活性材料的量计算的，因此该值被归一化为1并显示在水平轴下方。该充电/放电特性的测量值为05 mA/cm2, the amount of current required for charging and discharging is proportional to the time required, and this time is shown above the horizontal axis Of the two curves in the figure, the lower one is for discharging, and the upper one is for charging The red color shows the temperature at 40°C, and the blue color shows the temperature at 25°C At high temperatures, a discharge current amount of up to 97% of the theoretical capacity was obtained, but at low temperatures, the amount of discharge current was only 60%, and improving this is a future challenge
05 mA/cm，如图 22重复3小时放电和3小时充电。纵轴表示电池在充电和放电期间的电压，横轴表示时间的推移。黑线是25℃的结果，红线是40℃的结果。与电池容量相比，这些条件下的充电和放电量仅是部分的，并且重复循环次数较小，为20次，但观察到重复性特性几乎没有变化。低温25℃时充电（上侧）和放电（下侧）之间的电压差（044V）大于40℃时（032V），表明该电池在低温侧存在问题，类似于图2所示的情况。然而，作为原型阶段的电池，重复充电和放电操作是稳定的，并且有望实现具有液体正极活性材料的优势。
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| 图2 在25℃和40℃下测量的第3次循环的充电/放电特性 |
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| 图3 25℃、40℃各3小时测得的20次循环充放电曲线 |
今后，我们将推进负极侧使用共晶液的全共晶二次电池等具有优异性能的实用共晶电池的开发。
国立产业技术综合研究所
节能研究部
Chief Researcher Haoshin Zhou E-mail: hszhou*aistgojp (Please change * to @ before sending)
节能研究部能源接口技术组
技术人员王亚荣
节能研究部
Research Department Head Tetsuo Munakata E-mail: tmunakata*aistgojp (Please change * to @ before sending)