利用Sn类负极及铁类正极材料大幅提高电池性能

东京农工大学研究生院直井研究室采用名为“纳米合成技术”、作为机械力化学处理方法之一的超离心力场溶胶-凝胶法，使已形成数nm粒子的材料及碳基材的高分散复合成为可能。将其用于锂离子电池的电极材料后，成功实现了电池性能的飞跃性提高。作为该技术的实用例，日本Chemi-Con预定2011年春季样品供货“纳米合成电容器”，该产品采用了钛酸锂与碳纳米纤维复合而成的负极。而且，除了电容器之外，由于正极材料及负极材料均能与碳复合，因此该技术还有望用于新一代锂离子电池的活性物质。东京农工大学研究生院工学研究院应用化学部门教授直井胜彦针对媒体的问题作出了解释。

基于机械力化学处理方法之一的超离心力场溶胶-凝胶法的研究契机是什么？

其实2002年直井研究室成立风险企业“KDouble”时，就在产业界各位有识之士的协助下，本着“最终实用化”的方向大幅调整了当时研究室推进的研究内容。包括日本独有的新技术，以及只有某一特殊领域才掌握的方法论等在内，获得了很多知识和启发。在探索这些技术和方法的可能性的同时不断进行改进，历经数年终于启动了采用超离心机械力化学处理方法的研究。这是KDouble的核心技术，目前已发展为“纳米合成技术”。该技术的特点是，方法简单、周期短并有望量产，因此能够快速实用化。

首先开始研究的是使用钌（Ru）的电容器电极材料。采用机械力化学处理方法实现了水合RuO2的微粒子化，从而在水合条件下实现了高达1000F/g以上的大容量。这是一种具备大容量的材料，接近现行活性炭的10倍。这是我们对“纳米合成技术”的首次尝试。但Ru属于稀有金属，因此从成本考虑，实用化比较困难。于是，我们开始考虑采用同为过渡金属的锰（Mn）、钛（Ti）、锡（Sn）、硅（Si）、钒（V）及铁（Fe）等材料。

目前正在致力于什么研究？

Ti方面，日本Chemi-Con已宣布采用钛酸锂（LTO）与碳复合而成的电极材料实现锂离子电容器的商用化。此外，该公司还采用纳米合成技术制造了SnO2等Sn类材料，发现这种材料具备非常出色的性能，目前正将其作为锂离子电池的负极材料接受样品评测。

作为直井研究室来说，不会区分电容器与锂离子电池，而是打算将其作为基于锂离子的新一代产品推进研究。具体来说，目前正在致力于磷酸铁锂（LiFePO4）的研究。LiFePO4的材料成本较低，因此我们认为比较适合大尺寸产品使用。

而且，采用纳米合成技术将LiFePO4与碳复合后形成的材料，即使在与电容器相当的数百C大电流下充放电，也能确保容量。估计这是因为LiFePO4的纳米晶体中的bc面变形较少的缘故。

如果正极采用LiFePO4，负极采用活性炭的话，便可制造出正极利用氧化还原反应（Redox反应）的锂离子电容器。前面提到的采用LTO的锂离子电容器则是负极利用氧化还原反应的产品。

今后，为了全面普及新一代电网“智能电网”，会逐步导入可再生能源，为此需要开发寿命较长的大型蓄电设备。正极或负极采用活性炭的合成型蓄电设备具有出色的寿命特性，因此从10～20年内可利用的能源总量考虑，应该非常适用。当然，在输出功率及寿命要求不高的用途方面，估计今后正极及负极均利用氧化还原反应的传统锂离子电池的容量将会提高。

作为可提高电池容量的材料，我们还在研究采用纳米合成技术的新型纳米硫（S）类材料。今后我们还打算采用这种纳米合成技术制造用于能量储存及转换的高性能电极材料。