产综研合成LiFePO4超微粒子，可低成本实现铁系锂离子电池的高性能

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产综研合成LiFePO4超微粒子，可低成本实现铁系锂离子电池的高性能
DATE
2008/09/01

　　【日经BP社报道】

电子和锂离子移动示意图。(a)原来的LiFePO4表面的局部碳涂膜结构，（b）此次试制的LiFePO4/石墨结构　　产业技术综合研究所和日本学术振兴会利用包覆有碳膜、有望作锂离子电池正极材料的橄榄石（结晶结构的一种）LiFePO4（磷酸铁锂），成功合成了纳米级超微粒子。LiFePO4因价格低，作为电动汽车大型锂离子电池的正极材料备受关注，但使用这种材料的电池存在如果高倍率（短时间内通过大电流）充放电，其容量就会急剧下降的问题。
　　此次研究制做了直径控制在20～40nm的橄榄石LiFePO4超微粒子，并在其表面包覆厚1～2nm的类石墨碳层（石墨膜），由此上述问题得以改善。该微粒子即使在30C、60C高倍率充放电时，也可分别保持112mAh/g、 90mAh/g的高容量。另外，在以100％的充放电深度反复充放电1100次后，容量仍可保持与初期容量相同的165mAh/g水平。
　　目前广泛用于锂离子电池正极材料的LiCoO2因原料价格及资源因素的制约，难以应用于电动汽车领域。如果由铁和磷构成的价格便宜的橄榄石LiFePO4可用于而锂离子电池正极材料，大大推进了要求低成本、高输出功率、高稳定性的电动汽车及混合动力车用电池实现的进程。
　　此前有过锂离子电池使用纳米电极材料便可实现大输出功率的报告。其理由是：（1）在活物质材料内的锂离子扩散距离会减小。（2）表面积变大，每单位面积的电流密度减小。（3）凭借纳米细孔，充放电过程中的体积膨胀减轻，循环特性提高，等等。尤其是（1）、（2），是有望实现大输出功率的要点。而另一方面，也谈到存在的缺陷：例如，电解液与正极材料接触的表面积显著增大，因发热等有着火的危险以及循环特性变差等。
　　产综研能源技术研究部门以使汽车用新一代锂离子电池实现大输出功率为目标，一直在进行纳米电极材料的研发。目前关于有望用作负极材料的氧化钛和有望用作正极材料的尖晶石锰酸锂等，分别成功合成了纳米多孔材料或纳米线，显示了通过将上述材料纳米构造化，使锂离子电池实现大输出功率的可能性。
　　关于有望用作正极材料的橄榄石LiFePO4，该部门推断其容量下降的原因在于活物质内部的锂离子扩散慢以及电子传导性低，为了改善这些问题，针对粒子纳米级微细化和碳涂膜展开了研发。还有，此次的一部分研究是利用JSPS科学研究费补助金进行的。
　　在用碳对粒子进行涂膜处理时，需要经过将有机物质碳化的工序，这时如果进行高温热处理，粒子容易发生不必要的生长，好不容易制成纳米级的粒子就会变大。另外，还存在纳米级的微粒子凝聚，在部分粒子表面无法形成碳涂膜的问题［图（a）］。而此次的研究同时实现了纳米级的微细化和表面完整的碳涂膜［图（b）］。（记者：浜田基彦）
■日文原文
産総研、鉄系リチウムイオン電池を安?⒏咝阅埭摔扦隠iFePO4超微粒子を合成