独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长吉川博之]（以下简称“AIST”）泛在能源研究部[部门负责人小林哲彦]是共沉淀法和水热法锂离子二次电池正极材料和这个材料高温循环特性，现有锂锰尖晶石正极充电/放电容量8925_9070
○ 传统上，铁基氧化物（LiFeO2等）有望成为锂离子二次电池的正极材料，但在放电电压和容量方面无法获得与现有正极相当的材料。此外，其充电和放电特性相对于现有正极如锂锰尖晶石的优越性尚未明确。
○鉄イオンを最大限に活かす化学组成设计と产総研が长年にわたり蓄积してきた共沉法と水热法を组み合わせたナノ粒子制造法（湿式合成法）を组み合わせ、一次粒子径低减、鉄イオン乱れ低减の同时达成を実现するため、化学组成、作制条件を最适化した。得られた材料が既存在联络（コバル）ト酸里チウム）并の高容量と、高温サイクル特性が里チウムマンガンsuピネルより优れていることを発见。
○ 这将为迄今为止一直被认为困难的铁基氧化物正极在锂二次电池领域的实际应用铺平道路，并有望降低锂离子电池的成本。正极材料资源丰富，将更容易应用于汽车等大容量应用。
本次研究开发的成果是通过新能源产业技术综合开发机构（牧野勉会长）（以下简称“NEDO技术综合开发机构”）委托的项目“燃料电池汽车等用锂电池技术的开发 - 高性能锂电池元件技术的开发（2002年度～2002年度）”项目而获得的。
今后，我们将进一步提高所得材料的充放电特性，并通过简化制造条件来降低制造成本。
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图1 使用两种开发的碳负极材料充电至43V后在60℃下循环10次后的放电曲线。
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锂离子二次电池比其他二次电池系统具有更高的能量密度，因此已成为笔记本电脑和手机等移动设备的必备电池。最近，不仅正在考虑小型电池的应用，而且还考虑用于汽车等大型电池的应用。锂离子二次电池的构成材料中，决定电池性能的最重要材料之一是正极材料，而钴酸锂（LiCoO2)，镍酸锂 (LiNiO2)、锂锰尖晶石(LiMn2O4)的研究和开发一直在取得进展，但目前大多数锂离子二次电池使用锂钴氧化物。然而，为了满足近期钴原料成本上涨以及电池成本降低的需求，需要减少正极中的钴用量。特别是，在为汽车应用开发的大容量锂离子二次电池中，正极材料的用量将显着增加，因此迫切需要开发基于资源丰富且廉价的过渡金属元素的正极材料。锂锰尖晶石基正极材料是最有前途的候选材料，但其放电容量为100 mAh/g，低于钴酸锂的放电容量（150 mAh/g），并且有报道称，三价锰在高温（60℃）下洗脱到电解液中，然后沉积在碳负极上，显着降低充放电特性。因此，仍然强烈需要开发替代材料。
在候选过渡金属元素中，铁是最便宜、最丰富的资源，其金属材料价格约为钴的1/100，且无储量。其量约为钴的2,000倍(吉尾正行、小泽昭哉等编，“锂离子二次电池，第2版，材料及应用”，日刊工业新闻，第36页，2000年)。然而，迄今为止已开发出的LiFeO2其平均放电电压较低，为2V或更低，尚未被采用作为上述现有阴极的替代材料。另外，在将铁溶解在钴酸锂或镍酸锂中的体系中，没有观察到充放电特性的改善，并且认为几乎不可能将铁基氧化物应用于锂二次电池的正极材料。
我们一直在利用化学成分和过渡金属离子分布的精密控制技术进行研究，目标是开发比钴酸锂更高容量的铁基氧化物正极材料。其中，在2001年度和2001年度，我们开发了世界上第一个在4V区域氧化和还原铁离子的正极材料（含铁Li）。2二氧化锰3) 找到 (电源杂志, 97-98, 415-419 (2001) 和电化学会杂志，149，A509-A524 (2002)。专利号3500424）。然而，所得材料的充放电特性不如现有正极，需要进一步优化制造条件和化学成分。因此，我们从2002年起接受经济产业省的委托，从2003年起接受NEDO技术开发机构的委托，以“燃料电池汽车等锂电池技术的开发-高性能锂电池元件技术的开发-使用贱金属元素的新型氧化物正极材料的开发”为主题进行了研究，并获得了这一成果。这一结果预计将降低锂离子二次电池正极材料的成本并节省资源，因为它们由廉价且资源丰富的组成元素（主要是铁和锰，包括高达约20％的镍）组成。
此次开发的新型铁基氧化物正极材料与钴酸锂、镍酸锂同款层状岩盐结构1.2M0.8O2（M=铁0.5锰0.5，铁0.4锰0.4镍0.2)的化合物。如图1所示，这些是一次粒径为100nm以下的纳米粉末。由图2所示的制造工序得到。 3为了在充分利用铁离子的同时提高充放电特性，需要减小粒径，同时减少铁离子排列的无序性。为此，必须生产一种抑制杂质产生且过渡金属离子均匀分布在固体内的前体。
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李1.2（铁0.4锰0.4镍0.2)0.8O2
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图2 所开发的铁基正极材料粉末的TEM照片
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制造这种材料时，它会抑制电极反应铁氧体虽然这种现象很可能发生，但我们发现在步骤(1)中控制共沉淀法中的低温以及在步骤(2)中开始快速升温的水热处理对于抑制铁素体的形成有很大的效果。研究还发现，所得前驱体为细粉，与锂源的反应活性较高，并且可以在较低的温度（650℃以下）下得到最终产物。
萤火虫电位をより正确に见积もるために最终生成物を膀胱とし、金属里チウムを学业とした3～43Vの电位范囲、电流密度42mA/g、30℃での萝卜根源性能（図4）はM=铁0.5锰0.5小于90mAh/g，为锂锰尖晶石正极（LiMn2O4），但含镍正极表现出几乎相同的容量(100mAh/g)平均作动电圧も38Vありこの容量、电圧値は鉄系酸化物馒头の中では最も高いものであり、开発品はricチウムマンガンsuピネル并みの充放电特性を有することがわかった。传统上，锂锰尖晶石基正极使用碳负极在 60°C 的充放电循环测试中使用 Mn3+据报道，随着离子溶出，特性显着恶化，因此使用碳负极，在与金属锂负极相同的电流密度和电位范围25-43V下，对开发产品和锂锰尖晶石正极的高温循环特性进行了比较，如图5所示。虽然锂锰尖晶石正极在10次循环后出现容量下降，但该开发产品没有出现容量下降的情况这样的容量退化。还可以看出，10次循环后的容量接近约150mAh/g。这几乎相当于目前钴酸锂的容量（150mAh/g）。这表明所开发的产品与锂锰尖晶石相比具有优异的高温循环特性。
获得Li1.2（铁0.5锰0.5)0.8O2为32V，比钴酸锂的平均电压36V低约04V。然而，李1.2(Fe0.4锰0.4镍0.2)0.8O2对正极进行类似的测试，如图1所示，确认10次循环后表现出相同的容量，并且还确认由于镍的固溶，平均工作电压增加了007V。由此，认为所开发的产品可以作为具有与锰尖晶石基正极材料不同的特性的正极材料来替代现有正极的候选者。
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图4 所开发的两种铁基正极材料粉末的43V充电和现有使用金属锂作为负极的LiMn后的初始放电特性2O4与正极材料比较
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图5 所开发的铁基正极材料与现有使用碳负极的LiMn2O4正极材料在60℃充电至43V后初始阶段（1d）和10次循环后（10d）的放电曲线比较。
箭头表示10次循环后放电容量的变化。
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由于铁比其他过渡金属（钴、镍、锰）具有更高的环境泄漏耐受性，因此这些开发的产品有望成为资源丰富、环境友好的锂离子二次电池正极材料。该开发产品仍有待解决的问题，例如长期循环稳定性。未来，我们计划进一步改善充放电特性，通过涂层电极的试制和评估验证实际应用的可行性，并通过电池制造商考虑将该材料应用于汽车电池等的可能性。