高容量嵌入式化合物在鋰電子電池中的發(fā)展

　　第四屆華南鋰電(國際)高層技術(shù)論壇今日在深圳會展中心開幕。本次大會以“動力2009——動力電池、3G高容電池、上網(wǎng)本電池”為主題，來自全國鋰電行業(yè)的數(shù)百名專家、企業(yè)高層出席了本次論壇，并就鋰電行業(yè)如何應(yīng)對金融危機(jī)，發(fā)掘新市場、新機(jī)會、把握行業(yè)熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢展開討論。

　　以下為日本三洋公司中村宏博士演講的文字實(shí)錄：

　　主持人：謝謝楊先生!下一位有請日本三洋公司過來的中村宏博士。

　　中村宏：非常感謝來邀請我參加此次論壇，我非常榮幸能夠參加此次論壇。今天我會跟大家來講一下我們一些基礎(chǔ)的研究，關(guān)于兩個(gè)材料的研究，這兩個(gè)研究可以在較高的電位得到結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，來提高陽極材料的容量。第一個(gè)是富鋰的陽極材料，第二個(gè)是通過含鈉層態(tài)交換獲得的陽極材料。(PPT)

　　首先我先簡要地介紹一下我們研究的背景，在市場上的鋰電池基本上是用了鈷酸鋰來做陽極，用石墨做陰極，其中的一個(gè)問題就是怎么樣來提高現(xiàn)在系統(tǒng)的鈷酸鋰鋰電池的容量，甚至是超過現(xiàn)在的容量。我們大家都知道，石墨的容量已經(jīng)接近他里面的容量了，其中一個(gè)方法就是能夠找到一個(gè)新的陰極材料能夠給我們提供更高的容量，比如說鋁陰極。另外一種就是來提高陽極的容量，今天我想從第二個(gè)層面就是提高陽極容量的材料上來講一下這個(gè)問題。

　　這個(gè)PPT總結(jié)了一下能量密度，能量密度的計(jì)算是用產(chǎn)品的容量×平均電位×實(shí)際密度，可以充電到一個(gè)較高的電位，實(shí)際上這種方法是來增加鈷酸鋰和其他一些材料或者是MCL材料的容量，提高他的能源密度。從這個(gè)數(shù)量當(dāng)中我們可以看到把他充到較高電位是一個(gè)其中的方法來增加其中的密度。

　　我跟大家分享的這些數(shù)據(jù)獲得的渠道主要是來使用三個(gè)電極的測試電池進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)獲得的，另外還有這種鋁的熱風(fēng)膜實(shí)驗(yàn)電池，它的正常容量是600—800毫安時(shí)。我先來跟大家介紹一下富鋰陽極材料，可以用這個(gè)公式來寫一下，可以用一些過渡金屬的地方，這是一個(gè)非常典型的公式，經(jīng)常會標(biāo)成為ICM材料，這個(gè)材料的特征就是他的容量是比較高的，能夠超過200毫安時(shí)每克，可以降低鈷的用量，這樣的話你就可以降低成本。這個(gè)富鋰的材料可以說已經(jīng)得到了很多研究者的大量研究，有些人在位，這是一個(gè)參照的論文，很多的數(shù)據(jù)來自于這個(gè)論文。賽可維博士在上一次的會議中也參加了，還發(fā)言了。這個(gè)是我們富鋰材料的電話特征，黑色是第一個(gè)循環(huán)，紅色是第二個(gè)循環(huán)，這個(gè)容量是比較大的，是270毫安每克，最初的充電放電效率是比較高的，這種情況下大概是83%。另外一個(gè)特點(diǎn)大家可以看到這里面有很大的差異，就是在第一個(gè)循環(huán)和第二個(gè)循環(huán)的曲線之中有很大的差異的。這個(gè)幻燈片解釋了在文獻(xiàn)當(dāng)中可能的充放電的機(jī)理，對于這種材料來講這種容量都是來自傳統(tǒng)方法的氧化，將這種富鋰材料進(jìn)行氧化，4.4V的時(shí)候氧氣得到氧化，材料當(dāng)中釋放氧，錳就會被捕捉。第一次放電之后，容量就可以通過這種氧化的還原反應(yīng)，就是對于這種過渡金屬的氧化還原反應(yīng)，這種層狀的氧化錳通過這種結(jié)構(gòu)的變化，大家可以看到得到了這樣的一個(gè)材料。

　　這是XRD光譜，原始的情況還有第一次充電、第二次充電、第一次放電、第二次放電光譜的情況，大家可以看一下這個(gè)峰值在這個(gè)地方(PPT)，第一個(gè)和第二個(gè)充電的曲線是不一樣的，主要的峰值有點(diǎn)發(fā)生了變化，就是第一次和第二次這個(gè)充值的峰值有點(diǎn)向左偏了。第一次放電和第二次放電曲線是基本上一樣的，充電是不一樣的。另外我們也進(jìn)行了XANES光譜的分析，這是通過Spring—8，是日本分析的。這是鎳的K線，這是鈷酸的K線，這是第一次充電、第第一次充電、第二次放電、第二次放電我們進(jìn)行了分析，基本上來講這是一個(gè)非常好的鎳和估氧化還原反應(yīng)有很好的可逆性。這是錳的K線光譜，在第一次的這個(gè)地方(PPT)XANES光譜的錳是不可逆性的變化，這是第一次充放電。然后我們又看了一下氧化錳的價(jià)位是“4”這個(gè)地方的光譜我們進(jìn)行了一下分析，然后在這個(gè)地方它可以看一下它是接近于4，充電之后它主要的峰值稍微有點(diǎn)偏移了，這是在第一次充電之后。這就是我們XANES的數(shù)據(jù)，實(shí)際上是支持了我們在上個(gè)幻燈片里面所討論的充放電的機(jī)理。但是這里面還需要更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析才能更好地來理解這個(gè)材料。

　　我們再來看一下，這個(gè)材料的的電化特征，這是不同的對于種植充電電壓對于放電容量的影響，如果你想得到比較高的容量250毫安時(shí)的容量的話，可能要使這個(gè)電位到4.6V的情況才能實(shí)現(xiàn)這么高的容量。