固态钠电池技术

日本电气硝子研发的全固态软包钠电池

日本电气硝子从2010年开始一直在开发全固态钠电池，本文主要介绍该公司的一下技术。

全氧化物的全固体钠（Na）离子二次电池，是设想了小型·大型，特殊·通用等广泛的用途的全固体二次电池。输出电压是与现行的锂离子二次电池匹敌的3V。如“全氧化物”之名，是由稳定物质氧化物材料构成的固体电池。正极、负极使用结晶化玻璃，固体电解质使用氧化物陶瓷。这些主要成分是资源量丰富的钠、铁、磷，不含稀有金属。在集电体上不使用重而昂贵的Cu箔，使用轻而便宜的铝也是其优点。

产品优势：

1、因为是全氧化物，所以没有起火或产生有毒气体的危险

2、从低温（-60℃）稳定工作到高温（120℃）

3、无需附带设备，可简化电池组结构

工作原理：

本公司的技术优势：

1、利用长期在玻璃工艺上的技术积累

玻璃加热后粘度下降，显示出玻璃特有的软化流动行为。活用这个特性和玻璃本来保有的气密性，在电子零件的密封和粘接材料中利用了很多玻璃材料。如果升温到更高的温度的话，作为能量状态，会发生原子的重新排列，即所谓的结晶化。利用这种特殊玻璃的性质，将固体电解质和电极一体化形成离子传导通路。

技术特色。使用类似微晶玻璃的工艺流程

2、没有起火或产生有毒气体的危险

全固体钠（Na）离子二次电池，全部的电池材料由无机氧化物构成。因此，即使在充电状态下被钉子或小刀刺伤，也不会起火或产生有毒气体。也就是说，可以在使用中、制造工序中保持优异的安全性，在再利用时也可以安全处理。

针刺实验

3、工作温度范围-60℃-120℃

全固体钠（Na）电极使用玻璃。使用玻璃的软化流动性，将电极和固体电解质一体化，实现了高离子传导性。由此，可以在从低温-60℃到高温120℃的广泛温度范围内工作。

低温工作实验。图中显示-43度

在沸腾水浴中工作的实验

3、无约束＋自由的整理＋无需冷却・安全机构

全固体钠（Na）正极·固体电解质·负极一体化了的全固体钠（Na）离子二次电池的蓄电元件，即使无拘束也作为电池工作。排列多个蓄电元件，可以自由调整尺寸、串联/并联等。因此，根据用途的电池设计很容易。

另外，由于不需要电池大型化所需的“冷却”、“安全附带设备”、“加压机构、约束机构”，所以可以通过层压进行模块化、封装化，可以期待封装结构的简化。

无封装裸电池工作的实验

电池组设计的灵活性

应用领域：

1、汽车、运输用机器（EV、铁路、船舶、飞机等）

2、农用机械、建设类机械、产业用机械

3、发电站内蓄电系统、固定型蓄电池系统、家用蓄电池等

4、信息通信设备·家电（智能手机、平板终端、PC、可穿戴设备等）

应用领域

用于扫地机器人的实验

研发历程中重要里程碑：

2017 室温驱动成功

正极使用结晶化玻璃的全固体Na离子二次电池的室温驱动成功※1

※1作为将结晶化玻璃用于正极材料的例子，截至2017年11月（本公司调查）

2019 低温驱动（0℃）成功

大幅度降低电池内部的电阻，在设想低温环境的条件下成功驱动电池。

2020 在Scientific Reports上发表论文

总结开发成果的论文刊登在Nature Research的Scientific Reports上，被选为2020年下载最多的论文前三名。

2021 全氧化物电池开发成功

新开发了使用结晶化玻璃的负极材料，在世界上首次成功驱动全氧化物的全固体钠离子二次电池。

专利布局的情况：

专利年增量和累计的情况

专利技术集萃：

从专利布局看2018年是高锋，这与该公司2017年的里程碑事件“室温驱动成功”有关，之后的年增量也保持了每年7-10片的增量，本农重点介绍其2020年以后的专利技术。为了更加全面准确地了解其技术，本农把重点的专利技术单独介绍，做成一个合集，带你了解其全貌。