东京农工大学成功提高锂离子充电电池用电极材料性能

发布于:2010/8/20 14:39:27 | 1712 次阅读

  东京农工大学研究生院教授直井腾彦在AABC 2010举办的“Large EC Capacitor Technologyand Applicatons(ECCAP)”会议上,发表了题为“NANO HYBRID CAPACITOR”的演讲。直井利用机械力化学处理的“超速离心处理技术”,在离心力场中通过溶胶-凝胶(Sol-gel)法制作了负极材料,并开发出了采用该负极材料的锂离子电容器。

  具体制作的是钛酸锂(LTO)和碳纳米纤维(CNF)、或LTO和单层碳纳米管(SGCNT)的复合材料。据悉,采用CNF的锂离子电容器实现了约为原双电层电容器3倍的能量密度,采用SGCNT的锂离子电容器实现了约为原双电层电容器4.5倍的能量密度。

  直井的研究室发现采用超速离心处理技术后,可以让碳负载粒径非常小的金属氧化物,不仅可以作为电容器的负极材料,还开始试用于锂离子充电电池的电极材料中。例如,已经试制了将正极材料磷酸铁锂(LiFePO4)和负极材料氧化锡(SnO2)分别内包在碳材料中的电极材料。据介绍,将LiFePO4内包在中空的碳材料中后,虽然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)。直井的研究室认为,通过将LiFePO4内包在碳材料中,可以形成导电网络,并提高输出功率。

  图A-1:提高了LiFePO4的输出功率

  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、并提高输出功率(b)。

  负极材料方面,在碳材料中内包了虽然有望提高容量、但由于充放电时的体积变化而导致此前充放电循环寿命较短的SnO2(图A-2)。利用在该负极材料与正极材料中使用钴酸锂(LiCoO2)的电池单元进行了试验,结果发现800次循环以后比容量仍为693mAh/g,未出现容量劣化。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中也不会出现裂缝等老化现象”。

  图A-2:Sn合金类负极材料的循环寿命特性得到了提高

  负极材料在碳材料中内包了SnO2。利用在该负极材料与正极材料中使用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。

  此次的开发由直井研究室与该大学研究生院的“电容器技术讲座”(日本Chemi-Con赞助)承担。日本Chemi-Con将尽快考虑投产采用超速离心处理技术的高性能锂离子充电电池。

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