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)如何應對金融危機，發(fā)掘新市場、新機會、把握行業(yè)熱點及發(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的研究，關于兩個材料的研究，這兩個研究可以在較高的電位得到結構的穩(wěn)定性，來提高陽極材料的容量。第一個是富鋰的陽極材料，第二個是通過含鈉層態(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，其中一個方法就是能夠找到一個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，今天我想從第二個層面就是提高陽極容量的材料上來講一下這個問題。

　　這個PPT總結了一下能量密度，能量密度的計算是用產(chǎn)品的容量×平均電位×實際密度，可以充電到一個較高的電位，實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。從這個數(shù)量當中我們可以看到把他充到較高電位是一個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電極的測試電池進行的實驗獲得的，另外還有這種鋁的熱風膜實驗電池，它的正常容量是600—800毫安時。我先來跟大家介紹一下富鋰陽極材料，可以用這個公式來寫一下，可以用一些過渡金屬的地方，這是一個非常典型的公式，經(jīng)常會標成為ICM材料，這個材料的特征就是他的容量是比較高的，能夠超過200毫安時每克，可以降低鈷的用量，這樣的話你就可以降低成本。這個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，這是一個參照的論文，很多的數(shù)據(jù)來自于這個論文。賽可維博士在上一次的會議中也參加了，還發(fā)言了。這個是我們富鋰材料的電話特征，黑色是第一個循環(huán)，紅色是第二個循環(huán)，這個容量是比較大的，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%。另外一個特點大家可以看到這里面有很大的差異，就是在第一個循環(huán)和第二個循環(huán)的曲線之中有很大的差異的。這個幻燈片解釋了在文獻當中可能的充放電的機理，對于這種材料來講這種容量都是來自傳統(tǒng)方法的氧化，將這種富鋰材料進行氧化，4.4V的時候氧氣得到氧化，材料當中釋放氧，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，就是對于這種過渡金屬的氧化還原反應，這種層狀的氧化錳通過這種結構的變化，大家可以看到得到了這樣的一個材料。

　　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峰值在這個地方(PPT)，第一個和第二個充電的曲線是不一樣的，主要的峰值有點發(fā)生了變化，就是第一次和第二次這個充值的峰值有點向左偏了。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、第二次放電我們進行了分析，基本上來講這是一個非常好的鎳和估氧化還原反應有很好的可逆性。這是錳的K線光譜，在第一次的這個地方(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位是“4”這個地方的光譜我們進行了一下分析，然后在這個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)，實際上是支持了我們在上個幻燈片里面所討論的充放電的機理。但是這里面還需要更詳細的結構分析才能更好地來理解這個材料。

　　我們再來看一下，這個材料的的電化特征，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毫安時的容量的話，可能要使這個電位到4.6V的情況才能實現(xiàn)這么高的容量。