锂电池当前最大潜力在于负极材料

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1、锂电池当前最大潜力在于负极材料锂离子充电电池的负极材料方面，采用石墨的现行锂离子充电电池的能量密度已逐渐接近极限。因此，今后可能混合硅和锡等合金类负极材料来提高能量密度，有可能2020年实现1000mAh/g以上的能量密度。此外，把安全性高、有望实现高容量化的铁氧化物用作负极材料的趋势也越来越高。负极材料有很多有望实现高容量化的材料候补。研究的问题在于，因材料的膨胀和收缩难以获得充分的循环寿命。硅合金负极、锡合金负极和铁氧化物等相关的发表受到关注。在合金类材料中，伴随充放电而产生的膨胀和收缩会造成体积变化，从而导致电极结构崩塌，因此长寿命化是一大课题。有人提出了使循环特性出色的

2、稀土类金属硅化物与硅复合化的方法。该复合材料“在热力学方面非常稳定，即使反复进行充放电也能抑制电极结构崩塌”。在稀土类金属中，把采用钆（Gd）的复合材料Gd-Si/Si用作负极的电池，其容量和充放电循环特性尤其高。初始充放电容量创下了1870mAh/g的极高值。充放电1000次后也维持了690mAh/g的容量。该研发小组已经试制出以Gd-Si/Si为负极，以LiMn2O4为正极的电池。初始充放电容量为1230mAh/g，循环100次后为860mAh/g。有试验将锡锑（Sn-Sb）硫化物玻璃与硅的复合体用作锂离子充电电池负极材料的开发。“2012年已开始少量样品供货”。在此前的研

3、究中已经证实，该复合材料能以1000～1400mAh/g的容量实现稳定的循环寿命。有机构共同在该复合材料上缠绕正极材料LiFePO4和无纺布隔膜试制了电池。电池容量为850mAh。通过充放电试验确认，在－20～＋60℃的大温度范围内可以作为充电电池正常使用。在温度为60℃、充放电率为3C时，比容量为128mAh/g。循环特性出色，反复充放电150次仍维持了99％的容量。采用Sn-Sb硫化物玻璃类负极充放电1000次后仍维持了690mAh/g的放电容量经过150次循环充放电后实现99％的容量维持率的锂离子充电电池（a）。可在－20～＋60℃的大温度范围内使用（b）。特点是负极材料

4、采用了Sn-Sb硫化物玻璃，还可用于钠离子充电电池（c）。利用铁氧化物实现高容量化在汽车和固定用途的锂离子电池，目前较受关注的负极材料为钛酸锂（Li4T5O12：以下称LTO）。LTO的锂电位高达1.55V左右，锂不会析出，因此稳定性高、寿命长。不过，LTO存在的问题是比容量只有175mAh/g左右。目前，可取代LTO的高容量氧化物类负极的研究变得非常活跃。有机构研究出可实现1000mAh/g比容量的铁氧化物。该研发小组发表的铁氧化物的特点是，通过进行水热处理，可预先在铁氧化物中掺杂锂。由此能抑制初始充放电的不可逆容量。具体来说，是将γ-Fe2O3和水氧化锂溶液在200℃下进行

5、了10小时的水热处理。结果确认生成了LiFeO2和LiFe5O8。初始充放电的结果显示，进行过水热处理的铁氧化物的初始放电容量升高，可比γ-Fe2O3降低不可逆容量。