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[信息] 东工大探明硅酸亚铁锂结晶结构,低成本锂电池有望实现

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发表于 2008-11-27 11:47:47 | 显示全部楼层

东工大探明硅酸亚铁锂结晶结构,低成本锂电池有望实现

 日本东京工业大学研究生院综合理工学研究科山田淳夫副教授的研究小组,利用高亮度放射光的高分辨率X射线粉末衍射(HR-XRD)等方法,探明了有望用作锂离子充电电池正极材料的硅酸亚铁锂(Li2FeSiO4:锂、铁、硅、氧)的结晶结构(图1)。

  山田副教授介绍说,“相对于原来的设想,已得知实际的结晶结构为四氧化铁(FeO4)四面体和四氧化硅(SiO4)四面体以一维锁链形状在较长周期内有规律地依次旋转的联结结构”(图2)。探明硅酸亚铁锂的基本结晶结构,使仅由资源量丰富的“普遍元素”组成的硅酸亚铁锂能够用作正极材料,对材料设计的助益巨大。可以说,这提示出低价位锂离子充电电池通向实用化的道路。

  目前,手机和笔记本电脑等使用的锂离子充电电池,其正极材料主要使用含有稀有金属元素钴的锂钴氧(LiCoO2)。但因钴原料的供应有可能不稳定,因此一直在研究开发钴的代替材料。另外,锂钴氧的热稳定性较低,存在着高温生成氧气(O2)的问题。因此,在锂离子充电电池中,作为用于非单位体积的能量,而是重视成本的电动汽车和电力储藏系统等的大型电池,一直在开发由低价位的普遍元素构成的正极材料。最近,美国风险企业A123 Systems(马萨诸塞州)开发成功并上市了正极材料采用磷酸铁锂(LiFePO4)的锂离子充电电池。目前已开始应用于电动工具和玩具。日本也开始进口该电池用于无线电遥控模型飞机等。

  与橄榄石状结晶结构的磷酸铁锂相比,把含有两个锂元素的硅酸亚铁锂用作正极材料的锂离子充电电池有望实现优异的高能量,但此前其结晶结构未探明。

  此次,山田副教授的研究小组把基本原料碳酸锂(LiCO3)、草酸亚铁(FeC2O4·2H2O)和二氧化硅(SiO2)粉末均匀混合,在800℃的氩气中烧结6小时,制成了硅酸亚铁锂试样。试样制作过程中,“设法使之不发生副反应,制成了粒径为数百nm的试样”。以X射线粉末衍射法和透射电子显微镜的电子衍射法等对粉末试样进行了分析,探明了复杂的结晶结构。该结晶结构与电子密度分析结果完全一致。

  与现有的锂钴氧相比,硅酸亚铁锂的钴和氧紧密结合,是稳定性较强的化合物。因此,山田副教授表示,“高温时氧原子分解生成氧气助燃的可能性较低,作为电池使用具有稳定性高的优点”。

  此是作为新能源产业技术综合开发机构推进的新一代蓄电系统实用化战略技术开发项目中,系统合作顺利蓄电系统技术开发的成果。(记者:丸山正明)
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