高容量嵌入式化合物在锂电子电池中的发展

　　第四届华南锂电(国际)高层技术论坛今日在深圳会展中心开幕。本次大会以“动力2009——动力电池、3G高容电池、上网本电池”为主题，来自全国锂电行业的数百名专家、企业高层出席了本次论坛，并就锂电行业如何应对金融危机，发掘新市场、新机会、把握行业热点及发展趋势展开讨论。

　　以下为日本三洋公司中村宏博士演讲的文字实录：

　　主持人：谢谢杨先生!下一位有请日本三洋公司过来的中村宏博士。

　　中村宏：非常感谢来邀请我参加此次论坛，我非常荣幸能够参加此次论坛。今天我会跟大家来讲一下我们一些基础的研究，关于两个材料的研究，这两个研究可以在较高的电位得到结构的稳定性，来提高阳极材料的容量。第一个是富锂的阳极材料，第二个是通过含钠层态交换获得的阳极材料。(PPT)

　　首先我先简要地介绍一下我们研究的背景，在市场上的锂电池基本上是用了钴酸锂来做阳极，用石墨做阴极，其中的一个问题就是怎么样来提高现在系统的钴酸锂锂电池的容量，甚至是超过现在的容量。我们大家都知道，石墨的容量已经接近他里面的容量了，其中一个方法就是能够找到一个新的阴极材料能够给我们提供更高的容量，比如说铝阴极。另外一种就是来提高阳极的容量，今天我想从第二个层面就是提高阳极容量的材料上来讲一下这个问题。

　　这个PPT总结了一下能量密度，能量密度的计算是用产品的容量×平均电位×实际密度，可以充电到一个较高的电位，实际上这种方法是来增加钴酸锂和其他一些材料或者是MCL材料的容量，提高他的能源密度。从这个数量当中我们可以看到把他充到较高电位是一个其中的方法来增加其中的密度。

　　我跟大家分享的这些数据获得的渠道主要是来使用三个电极的测试电池进行的实验获得的，另外还有这种铝的热风膜实验电池，它的正常容量是600—800毫安时。我先来跟大家介绍一下富锂阳极材料，可以用这个公式来写一下，可以用一些过渡金属的地方，这是一个非常典型的公式，经常会标成为ICM材料，这个材料的特征就是他的容量是比较高的，能够超过200毫安时每克，可以降低钴的用量，这样的话你就可以降低成本。这个富锂的材料可以说已经得到了很多研究者的大量研究，有些人在位，这是一个参照的论文，很多的数据来自于这个论文。赛可维博士在上一次的会议中也参加了，还发言了。这个是我们富锂材料的电话特征，黑色是第一个循环，红色是第二个循环，这个容量是比较大的，是270毫安每克，最初的充电放电效率是比较高的，这种情况下大概是83%。另外一个特点大家可以看到这里面有很大的差异，就是在第一个循环和第二个循环的曲线之中有很大的差异的。这个幻灯片解释了在文献当中可能的充放电的机理，对于这种材料来讲这种容量都是来自传统方法的氧化，将这种富锂材料进行氧化，4.4V的时候氧气得到氧化，材料当中释放氧，锰就会被捕捉。第一次放电之后，容量就可以通过这种氧化的还原反应，就是对于这种过渡金属的氧化还原反应，这种层状的氧化锰通过这种结构的变化，大家可以看到得到了这样的一个材料。

　　这是XRD光谱，原始的情况还有第一次充电、第二次充电、第一次放电、第二次放电光谱的情况，大家可以看一下这个峰值在这个地方(PPT)，第一个和第二个充电的曲线是不一样的，主要的峰值有点发生了变化，就是第一次和第二次这个充值的峰值有点向左偏了。第一次放电和第二次放电曲线是基本上一样的，充电是不一样的。另外我们也进行了XANES光谱的分析，这是通过Spring—8，是日本分析的。这是镍的K线，这是钴酸的K线，这是第一次充电、第第一次充电、第二次放电、第二次放电我们进行了分析，基本上来讲这是一个非常好的镍和估氧化还原反应有很好的可逆性。这是锰的K线光谱，在第一次的这个地方(PPT)XANES光谱的锰是不可逆性的变化，这是第一次充放电。然后我们又看了一下氧化锰的价位是“4”这个地方的光谱我们进行了一下分析，然后在这个地方它可以看一下它是接近于4，充电之后它主要的峰值稍微有点偏移了，这是在第一次充电之后。这就是我们XANES的数据，实际上是支持了我们在上个幻灯片里面所讨论的充放电的机理。但是这里面还需要更详细的结构分析才能更好地来理解这个材料。

　　我们再来看一下，这个材料的的电化特征，这是不同的对于种植充电电压对于放电容量的影响，如果你想得到比较高的容量250毫安时的容量的话，可能要使这个电位到4.6V的情况才能实现这么高的容量。