利用Sn類負(fù)極及鐵類正極材料大幅提高電池性能
基于機(jī)械力化學(xué)處理方法之一的超離心力場(chǎng)溶膠-凝膠法的研究契機(jī)是什么?
其實(shí)2002年直井研究室成立風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)“KDouble”時(shí),就在產(chǎn)業(yè)界各位有識(shí)之士的協(xié)助下,本著“最終實(shí)用化”的方向大幅調(diào)整了當(dāng)時(shí)研究室推進(jìn)的研究?jī)?nèi)容。包括日本獨(dú)有的新技術(shù),以及只有某一特殊領(lǐng)域才掌握的方法論等在內(nèi),獲得了很多知識(shí)和啟發(fā)。在探索這些技術(shù)和方法的可能性的同時(shí)不斷進(jìn)行改進(jìn),歷經(jīng)數(shù)年終于啟動(dòng)了采用超離心機(jī)械力化學(xué)處理方法的研究。這是KDouble的核心技術(shù),目前已發(fā)展為“納米合成技術(shù)”。該技術(shù)的特點(diǎn)是,方法簡(jiǎn)單、周期短并有望量產(chǎn),因此能夠快速實(shí)用化。
首先開始研究的是使用釕(Ru)的電容器電極材料。采用機(jī)械力化學(xué)處理方法實(shí)現(xiàn)了水合RuO2的微粒子化,從而在水合條件下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1000F/g以上的大容量。這是一種具備大容量的材料,接近現(xiàn)行活性炭的10倍。這是我們對(duì)“納米合成技術(shù)”的首次嘗試。但Ru屬于稀有金屬,因此從成本考慮,實(shí)用化比較困難。于是,我們開始考慮采用同為過渡金屬的錳(Mn)、鈦(Ti)、錫(Sn)、硅(Si)、釩(V)及鐵(Fe)等材料。
目前正在致力于什么研究?
Ti方面,日本Chemi-Con已宣布采用鈦酸鋰(LTO)與碳復(fù)合而成的電極材料實(shí)現(xiàn)鋰離子電容器的商用化。此外,該公司還采用納米合成技術(shù)制造了SnO2等Sn類材料,發(fā)現(xiàn)這種材料具備非常出色的性能,目前正將其作為鋰離子電池的負(fù)極材料接受樣品評(píng)測(cè)。
作為直井研究室來說,不會(huì)區(qū)分電容器與鋰離子電池,而是打算將其作為基于鋰離子的新一代產(chǎn)品推進(jìn)研究。具體來說,目前正在致力于磷酸鐵鋰(LiFePO4)的研究。LiFePO4的材料成本較低,因此我們認(rèn)為比較適合大尺寸產(chǎn)品使用。
而且,采用納米合成技術(shù)將LiFePO4與碳復(fù)合后形成的材料,即使在與電容器相當(dāng)?shù)臄?shù)百C大電流下充放電,也能確保容量。估計(jì)這是因?yàn)長(zhǎng)iFePO4的納米晶體中的bc面變形較少的緣故。
如果正極采用LiFePO4,負(fù)極采用活性炭的話,便可制造出正極利用氧化還原反應(yīng)(Redox反應(yīng))的鋰離子電容器。前面提到的采用LTO的鋰離子電容器則是負(fù)極利用氧化還原反應(yīng)的產(chǎn)品。
今后,為了全面普及新一代電網(wǎng)“智能電網(wǎng)”,會(huì)逐步導(dǎo)入可再生能源,為此需要開發(fā)壽命較長(zhǎng)的大型蓄電設(shè)備。正極或負(fù)極采用活性炭的合成型蓄電設(shè)備具有出色的壽命特性,因此從10~20年內(nèi)可利用的能源總量考慮,應(yīng)該非常適用。當(dāng)然,在輸出功率及壽命要求不高的用途方面,估計(jì)今后正極及負(fù)極均利用氧化還原反應(yīng)的傳統(tǒng)鋰離子電池的容量將會(huì)提高。
作為可提高電池容量的材料,我們還在研究采用納米合成技術(shù)的新型納米硫(S)類材料。今后我們還打算采用這種納米合成技術(shù)制造用于能量?jī)?chǔ)存及轉(zhuǎn)換的高性能電極材料。
評(píng)論