米乐m6中国官方网站 开发出氧化钛负极材料（HTO）粒径控制技术

独立行政机构产业技术综合研究所[会长：中钵良二]（以下简称“AIST”）先进制造工艺研究部[研究部主任 Masanobu Awano] 晶体控制过程研究组 Hideaki Nagai，首席研究员，Kunimitsu Kataoka，研究员，Junji Akimoto，研究组组长是锂离子二次电池氧化钛H，负极材料₂钛₁₂O₂₅充放电容量（以下简称“HTO”）。

　在该技术中，钛酸钠是HTO合成的原料₂钛₃O₇8612_8640充电/放电容量容量可增加至约250mAh/g。这高于使用 HTO 且​​不进行粒径控制的 225 mAh/g。此外，通过对传统制造工艺进行简单改进即可实现高容量。速率特性

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带粒度控制的HTO、不带粒度控制的HTO、当前负极材料钛酸锂李4钛5O12充放电曲线对比(对电极：金属锂，电流密度：10mA/g)

大型锂离子二次电池最近在车辆和固定电源中的使用引起了人们的关注。在这些应用中，电池的输入/输出特性，能量密度的改进然而，目前负极材料钛酸锂（Li₄钛₅O₁₂)具有175mAh/g的单位氧化物重量的低充放电容量，因此需要在与钛酸锂相似的电压下具有超过200mAh/g的高容量的氧化物负极材料。

　AIST是迄今为止低温合成工艺之一软化学合成法评估其结构和物理性能。其中，我们联合开发了HTO，一种新型钛氧化物负极材料，在与现有材料相同的电压下，容量超过200mAh/g（AIST 新闻稿，2010 年 10 月 25 日）。此后，我们一直致力于粒度控制技术和制造工艺的研究和开发，旨在进一步提高HTO的产能并改善其输入/输出特性。

　该技术采用软化学合成方法，在保持原料骨架结构特征的同时改变化学成分。原料钠₂钛₃O₇它利用了粉末的颗粒形态强烈反映在最终产品 HTO 的颗粒形态中这一事实。首先，娜₂钛₃O₇控制粉末的粒径（平均粒径约2μm）。粒度控制 Na₂钛₃O₇对粉末进行热处理以稳定骨架结构（平均粒径约为02μm），然后在60℃下进行酸处理以获得H，一种预HTO材料₂钛₃O₇然后，通过加热至约200至300℃，可以生产具有受控粒径的HTO。图1显示了具有粒径控制的HTO的充放电循环特性。室温下，首次循环充电容量为307mAh/g，放电容量为249mAh/g，充放电效率为81%；然而，在第5次循环中，充电容量为244mAh/g，放电容量为243mAh/g，确认了充放电效率几乎100%的高度可逆充放电特性，并且在随后的循环中显示出稳定的充放电。

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

　该粒径控制的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%，也约等于根据可化学嵌入和脱嵌的锂量估算的容量（256mAh/g），因此认为HTO的潜力是通过控制粒径而发挥出来的。

　此外，当我们制作了接近实用的电极成分（83%活性材料、10%导电剂、7%粘合剂）的电极并在25℃下进行评估时，1 小时费率 (1C)（图2）。此外，如图3所示，粒径控制也改善了速率特性；例如，当充电速率为1C时，在不进行粒径控制的情况下，充电速率为164mAh/g，但是通过粒径控制，充电速率增加至210mAh/g，超过200mAh/g。基于这些发现，新开发的粒径控制技术能够改善HTO的充放电容量和倍率特性。

图2 使用原型电极的充放电曲线 (温度：25℃，对电极：金属锂，电流密度：220mA/g) 充电和放电测量的开始显示为容量0。

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

　今后，我们将与合作开发HTO的石原产业株式会社合作，建立量产技术，并准备向包括电池制造商在内的业界提供样品。

◆锂离子二次电池

由钴酸锂等锂过渡金属氧化物作为正极材料、石墨类碳材料作为负极材料和非水电解液组成的二次电池，在目前使用的二次电池中具有最高的工作电压（3-4V）。它通过在充电期间将锂离子从正极移动到负极以及在放电期间从负极移动到正极来作为电池工作。它们于20世纪90年代初期投入实际使用，并广泛用作手机和笔记本电脑等移动设备的电池，因为每单位电池体积或重量（能量密度）可提取的电量（能量密度）远大于其他二次电池。[返回来源]

◆充放电容量

二次电池充电和放电时可以存储和提取的电量（以mAh或Ah表示）。对于正极材料和负极材料，每单位重量材料的充电/放电容量以mAh/g或Ah/kg表示。该值越大，性能越好。在锂离子二次电池的负极材料中，充电容量和放电容量对应于可以可逆地嵌入到负极材料中和从负极材料中脱嵌的锂的量。[返回来源]

◆速率特性

当充电和放电期间的电流值表示为与电池容量的相对比率（比率）时的电池特性。这是一种易于比较各电池特性状况的评估方法，可以说即使在高倍率下也能提供足够性能的电池是优异的。[返回来源]

◆钛酸锂

具有尖晶石型晶体结构，Li[Li_1/3钛_5/3]哦₄的化合物。对于每摩尔该化学成分，可以嵌入和脱嵌1摩尔的锂。它的电位平台约为155 V，每单位氧化物重量的容量为175 mAh/g，并且可逆充电和放电，因此作为高电位负极材料而受到关注。另一方面，作为构成元素含有的锂对于构建晶体结构是必需的，但对充电和放电没有贡献。[返回来源]

◆能量密度

它是可以从电池中提取的电量，表示为电压（V）和容量（Ah）的乘积。如果是单位体积，则表示为体积能量密度（Wh/L），如果是单位重量，则表示为重量能量密度（Wh/kg）。该值越大，性能越好。[返回来源]

◆软化学合成法

一种合成无机化合物的方法，该方法改变起始化合物的化学组成，同时保留其骨架结构特征。因此，可以合成使用常规合成方法不能稳定存在的化合物。主要适用于碱金属过渡金属氧化物。由于普通的无机合成是在1000摄氏度左右的高温下进行的，因此它是在500摄氏度或更低的温和温度条件下合成的，这就是为什么它从20世纪80年代左右开始被称为“软化学”。可以合成高温合成无法获得的晶体结构的材料，是设计和开发新型功能陶瓷的有效方法。[返回来源]

◆1小时费率(1C)

用于表示放电或充电期间电流相对于电容值的相对大小的单位，例如倍率特性。时率（1C）是一定容量的电池在一小时内达到放电完成电压或充电完成电压时的电流值。[返回来源]