米乐m6官方网站先进制造研究所（所长：Masanobu Awano）的晶体与材料加工小组的永井秀明（高级研究员）、片冈国光（研究员）和秋本润二（组长）开发了一种粒径控制技术，以提高氧化钛材料 H 的充放电容量₂钛₁₂O₂₅(HTO)，一种锂离子二次电池负极材料。

该技术通过控制HTO合成原料钛酸钠的粒径，实现了单位HTO重量约250mAh/g的高充放电容量。这超过了在没有粒度控制的情况下通过 HTO 获得的 225 mAh/g。由于容量和倍率特性的改善可以通过对现有制造工艺的简单修改来实现，因此有望导致用于电动汽车和混合动力汽车的车用锂离子二次电池的容量更高、成本更低。

这项技术的详细信息将于 2014 年 1 月 29 日至 31 日在东京国际展示场（东京江东区）举行的第 13 届国际纳米技术展览暨会议 (nano tech 2014) 上公布。

（图）：粒径控制的HTO充放电曲线比较， 没有粒度控制的HTO，以及现有的负极材料钛酸锂Li4钛5O12(LTO) (对电极：金属锂；电流密度：10 mA/g)

最近，大型锂离子二次电池在汽车和固定电源用途中引起了人们的关注。在这些应用中，除了提高输入输出特性和能量密度之外，确保安全性、更长的寿命和更低的成本也很重要。人们期待使用氧化物材料作为负极的锂离子二次电池的利用。然而，单位重量钛酸锂的充放电容量（Li₄钛₅O₁₂)的容量较低，仅为175mAh/g，需要一种电压与钛酸锂处于同一水平、超过200mAh/g的高容量负极氧化物材料。

AIST 对使用软化学合成、低温合成工艺合成氧化钛进行了研究，并对这些化合物的结构和性能进行了评估。在与石原产业株式会社（ISK）联合进行的这项研究过程中，它开发了一种新型高容量氧化钛负极材料 HTO，其容量超过 200 mAh/g，电压与现有材料处于同一水平（AIST 新闻稿，2010 年 10 月 25 日)。此后，在粒度控制技术和制造工艺方面进行了研究和开发，旨在进一步提高HTO的产能和改善输入输出性能。

所开发的技术采用软化学合成方法，这种方法可以在不改变起始材料骨架结构的情况下改变其化学成分。它利用了原料 Na₂钛₃O₇粉末，以及最终产品，HTO。首先，采用粉碎技术，即一种易于融入现有制造工艺的粒度控制技术，对Na₂钛₃O₇粉末（平均粒径：2 µm）。粒径控制的Na骨架结构₂钛₃O₇然后通过热处理稳定粉末（平均粒径：02μm），并在60℃下进行酸处理以产生H₂钛₃O₇，HTO的前一步材料。粒度控制的 HTO 是通过将其加热到 200 至 300 °C 来制造的。图1显示了粒径控制的HTO的充放电循环特性。虽然第一次循环的室温充电容量为307mAh/g，放电容量为249mAh/g，充放电效率为81％，但第五次循环时充电容量为244mAh/g，放电容量为243mAh/g，充放电效率几乎为100％，证实了可逆充放电特性。在后续循环中显示出稳定的充放电。

图1：粒径控制的HTO的充放电循环特性 （温度：25 °C；对电极：金属锂；电流密度：10 mA/g）

这种粒度控制的HTO的充放电容量约为由晶体结构分析得出的HTO理论容量（274mAh/g）的90%，几乎等于根据化学反应的锂嵌入和脱嵌量估算的容量（256mAh/g）。这些结果表明，HTO 的潜在能力已通过粒径控制发挥出来。

此外，当在25°C下评估具有接近实用的电极组成（83％活性材料、10％导电助剂、7％粘合剂）的原型电极时，在220mA/g的电流密度（相当于1小时率（1C））下，保持超过200mAh/g的充放电容量（图2）。此外，如图3所示，原型电极的倍率特性通过粒度控制得到了改善。例如，当充电速率为1C时，没有粒度控制的容量为164mAh/g，增加到210mAh/g，超过有粒度控制的200mAh/g。如上所述，通过开发的粒径控制技术，HTO的充放电容量和倍率特性得到了改善。

图 2：使用原型电极的充放电曲线 （温度：25 °C；对电极：金属锂；电流密度：10 mA/g） 充放电测量开始时的容量表示为0。

图3：使用原型电极的充电速率特性 （温度：25°C，对电极：金属锂，放电：02C [假设容量220mAh/g])

研究人员将与合作开发HTO的ISK合作，建立HTO的量产技术，并着手准备向包括电池制造商在内的行业提供样品。