日经BP大型电池研究步入正轨（一）正极材料..doc

从新材料到空气电池，大型电池研究步入正轨（一）：正极材料# \ @1 q4 z9 z. I2 ?- T0 r6 m# ^ d( F4 y3 L2 m5 x3 b3 e* t: g1 N; F$ V3 w }9 M+ N- `4 M; q Z* e8 d C( t5 E/ F Y3 {4 b$ _??n: z　　汇聚2400余位电池业界人士参与的“第51届电池讨论会”已经闭幕。在本届讨论会上，有关锂离子充电电池大容量化关键的正极材料的发表件数大幅增加。另外作为后锂离子充电电池，全固体电池和锂空气电池的发表也有所增加。着眼于快速发展的大型电池市场，新一代电池的研究日趋活跃。 5 F- ^0 S6 P! v8 K$ n K: ? C f7 i! p6 }　　在面向电动汽车等电动车辆和固定蓄电系统的大型电池领域，全球的开发时机正日趋成熟。以性能超越现有锂离子充电电池的新一代锂离子充电电池材料为开端，为了孕育出具有新反应原理的革命性电池，相关研究开发正在全面展开。 4 x0 X Q% |9 　　以此为背景召开的“第51届电池讨论会”上，与锂离子充电电池的正极材料、全固体电池、锂空气电池相关的发表有所增加。因为现行材料开发的目标是在2015～2020年前后，使大型电池用锂离子充电电池的能量密度达到现有的约2倍，即200～300Wh/kg（图1）。 3　　而且，为了在之后的2020～2030年前后投入使用，以实现全固体电池和锂空气电池等后锂离子充电电池为目标的基础研究也开始活跃起来。 3 N/ N, B o! L/ q- Q8 N??`$ B W1 V　　正极材料发表件数之所以增加，是因为目前正极材料与负极材料相比，比容量*小，新材料开发成为了当务之急。负极材料中已经有了投入实用的锡和硅等比容量超过1000mAh/g、为现有2倍以上的候选，而正极材料目前还没有超过200mAh/g的材料投入实用。因此，正极材料的研究较为活跃。 . b9 a3 Y/ Y; A* h4 B U??]5 L*比容量=电极或活性材料单位重量的电流容量。 - t2 ? q2 R D9 r# c+ V$ a7 s6 a) B% z* n h7 O3 B( }! H- s　　另一方面，后锂离子充电电池——全固体电池和锂空气电池相关发表件数的增加则是因为近年来，丰田汽车等企业积极进行发表，提升了人们对于该领域的关注，研究人员开始增加。 丰田汽车通过提高锂离子传导性和导电性，改善了输出特性公认低于LiFePO4的LiMnPO4的特性（注2）。方法是利用水热合成法进行制作，通过将一次粒子的粒径缩小至20nm提高锂离子传导性，通过使用球磨机*在粒子表面涂布碳层提高导电性。借助以上改进，不仅1C放电实现了150mAh/g左右的比容量，在5C这一高放电倍率下也得到了120mAh/g的比容量。 ; U( h4 j6 G! X6 p0 D. k* a/ v- ?7 N$ M*球磨机=一种在加入材料后，能够在旋转的机身中，利用坚硬钢球向材料施加机械能的粉碎机。其作用是利用机械能促进化学反应，即实施机械化学处理。 - w) \! H3 [- Q- |5 b- k! f: z5 H8 ~: u, x0 J3 H: i（注2）以“通过控制粒子结构提高LiMnPO4的电化学特性”［演讲序号：2C24］为题进行了发表。 / h, b, ~% ^; L+ s6 b* f1 R% |: s8 t, ]??b p+ R) t7 e x　　住友大阪水泥发表了增加导电性的方法，即将碳与碳化催化剂一同加热，使其复合化的催化剂法（注3）。使用碳与LiMnPO4单独混合加热的方法时，粒子表面的碳膜不均匀，而使用催化剂法能够在粒子表面形成2nm左右的均匀碳膜。在试用纽扣电池的0.1C的充放电试验中，得到的放电容量为140mAh/g。该公司表示，通过使用催化剂法，以较少的碳量也能够提高导电性。 : T# \7 j; [??[ c \! X% D: `* L2 y m3 ^% Z（注3）以“利用水热合成法的高电压橄榄石正极材料的开发”［演讲序号：2C21］为题进行了发表。 9 d# ~: K/ T( s3 @1 v) g6 u6 T) y??R: x8 u3 J% X0 e5 S磷酸钒亮相 * w1 t+ N/ x! s+ \7 m9 w i! K q# Y: ?+ I( |　　另一方面，在橄榄石类材料中，GS汤浅建议使用磷酸钒锂（Li3V2（PO4）3）（图3）（注4）。该材料不仅在安全性方面有望与LiFePO4相当，理论容量也高达197mAh/g，比LiFePO4和LiMnPO4还高出25mAh/g以上。而且，对锂电位可以达到3.8V左右，比LiFePO4还高0.4V左