详解制成低成本高性能锂电池

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这些新开发的材料具有较高的初始充电和放电容量，约为每克250毫安或更高，机能相当于传统正极材料，但不包含昂贵的罕有金属钴和镍。

图2：斗劲初始充电/放电特征，两种新开发的正极材料，充电/放电轮回高达20个周期

探讨科学家制备这些正电极材料，需要优化它们的化学成分，采用湿化学体例，其中搜罗还原焙烧工艺。初始轮回效率在室温下已年夜幅提高，达到约80％，凡是放电容量值下限为2.0 V电压，如左侧图所示；这相当于传统正极材料的机能。

田渊光晴高级探讨员就职于日本国家前进前辈工业科学和手艺探讨所通用能源设备探讨所浪子学探讨组，他开发出两种新的氧化材料，就是LI1 + X1 – xO2和LI1 + X1 – xO2，可用于锂浪子蓄电池正极，合作者有晶体和材料工艺组组长顺治秋元，田中化工股份有限公司手艺开发部手艺开发5队司理今泉纯一。在这些新开发的氧化物充溢中，整体过渡金属年夜约有30即是由铁制成，铁是一种低成本的丰硕的金属资本。

这项手艺的细节在“日本第52届电池钻研会”上发布，会议于2011年10月17日至20日在东京江户川区进行。
图1：斗劲最初的充电和放电特点，两种新开发的正极材料。  
室温下的初始周期效率显得尤为主要，对于正极材料而言，效率至少要达到80％，这是商用所需要的，传统的正电极即位规模是2.0 V 至4.8 V。探讨科学家采用新的制造手艺，开发出两种类型的正极材料，就是铁锰为基本的材料，和铁锰钛为基本的材料，这样就可以实现更高的容量，更高的初始周期效率，削减周期退化，用于锂浪子蓄电池。这项手艺可以优化金属元素成分比例和化学成分。

图2显示充电和放电周期的特点，新开发的正极材料长达20个周期。充放电曲线剖明近似的机能，呈现于第二个周期到第20周期。高比例的初始放电容量维持在20个周期往后。基于这两个身分，可以证实，新开发的材料有很年夜潜力，作为正极材料，可用于锂浪子蓄电池。

新的制造手艺用于优化化学成分。采用湿化学法，就是共沉淀法和煅烧法，这是传统的制造手艺，制备材料可以采用平均的金属分布，还原焙烧工艺也被采用，其中烧结的粉末采用一种有机化合物，进行低温烧结。采用还原焙烧，是为了节制铁浪子的价态，使它们只有一种三价状况。分歧于铁镍锰为基本的材料，它含有镍，这种新开发的制造手艺是一种较轻易的制造体例，在工业水平上，因为它不需要水热纺暌钩过程，已经形成共沉物。


表1：现有正极材料和以前开发的正极材料，斗劲最初的充放电特征以及新开发的正极材料成本。

图1剖明，新开发的正极材料的初始充放电特征，在摄氏30度时具有不异的即位规模，与现有正极材料不异。碳镍锰为基本的材料被认为很有前途，是下一代高容量的锂锰氧化物正电极材料。

图1中，初始充电容量凡是为100％。这种新开发的铁锰正极材料，充电和放电容量分袂是每克297毫安时和每克251毫安时。初始轮回效率达到84％。新的铁锰钛材料充电和放电容量分袂是294毫安时/克和246毫安时/克。初始轮回效率也达到84％。换句话说，铁锰和铁锰钛正极材料都显示了精采的特点。这些正极材料的制备采用传统的体例时，因为这种体例不使用还原焙烧工艺，所以材料的初始周期效率就低。是以，可以认为，新的制造体例使用还原焙烧工艺，效不雅旅行鲜较着，可年夜幅度提高机能。


图3：充电和放电周期特征，新开发的基于铁锰钛的正极材料在30摄氏度可达到20个轮回。  
这些新开发的材料，可保证较高的初始充电和放电容量，约为每克250毫安或更高。它们供给的机能相当于传统正极材料，但不含罕有金属，就是钴和镍。是以，这种新材料有望节约资本，降低成本，制成锂浪子蓄电池，用于电动汽车等。

探讨科学家要全力实现更高的容量，削减周期退化，提高新开发的材料的充放电机能。与此同时，他们探讨千克级的制造手艺，方针是到2013年，可供给这些材料，供给工业部门，搜罗电池制造商。