东京农工大学以超离心处理技术提高锂离子充电电池用电极材料性能

    东京农工大学研究生院教授直井腾彦在与AABC 2010并设的会议“Large EC Capacitor Technologyand Applicatons（ECCAP）”上，以“NANOHYBRIDCAPACITOR”为题作了演讲。直井研究室利用一种机械力化学处理方法，在离心力场中以溶胶-凝胶（Sol-gel）法制造材料的“超离心处理技术”，开发出了采用复合负极材料的锂离子电容器。

    而负极材料虽然有望提高容量，但由碳素材料内包了此前因充放电时的体积变化而导致充放电循环寿命较短的SnO2（图A-2）。利用对这种负极材料与正极材料使用钴酸锂（LiCoO2）的单元进行试验的结果，发现800次循环以后比容量仍为693mAh/g，未出现容量劣化。直井认为，“SnO2和碳的比例很重要，如果将该比例控制在某一范围内，800次循环后SnO2后也不会出现裂缝等老化现象”。

　　直井研究室发现采用该超速离心处理技术，可以在碳上负载粒径非常小的金属氧化物，不仅是电容器的负极材料，还开始向锂离子充电电池的电极材料扩展。例如，已经试制了分别将正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）和负极材料氧化锡（SnO2）内包在碳素材料中的电极材料。据介绍，将LiFePO4内包在中空状的碳材料中，尽管LiFePO4的导电性非常低，但在60C（1分钟）放电时实现了131mAh/g的比容量（图A-1）。因此认为，将LiFePO4内包在碳材料中，可以形成导电网络，所以有可能提高输出功率。

　　具体说来，就是制做了钛酸锂（LTO）和碳纳米纤维（CNF），或是LTO和单层碳纳米管（SGCNT）的复合材料。据称，采用CNF的锂离子电容器实现的能量密度，约为原双电层电容器3倍，约为采用SGCNT时的4.5倍。
　　
　　此开发由直井研究室与该研究生院的“电容器技术讲座”（日本Chemi-Con的赞助讲座）担任。因此，日本Chemi-Con将尽快考虑投产采用超离心处理技术的高性能锂离子充电电池。

图A-1：实现了LiFePO4的高输出功率
直井研究室开发出了将LiFePO4内包在碳材料中的电极材料（a）。通过将导电性较低的LiFePO4内包在碳材料中，可以形成导电网络，因而可提高输出功率（b）。

图A-2：Sn合金类负极材料的循环寿命特性得以提高
对负极材料，在碳材料中内包了SnO2。利用对该负极材料与正极材料使用LiCoO2的单元进行了试验，结果发现800次循环以后比容量仍为693mAh/g，未出现容量劣化。