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電子顯微鏡 助鋰電池離子出入情況可視化

[2011/6/3]

　　日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(產(chǎn)綜研)泛在能源研究部門成功地將鋰離子充電電池正極鋰離子出入情況可視化。由電子顯微鏡和觀察數(shù)據(jù)的處理顯示了鋰離子充電電池充、放電過(guò)程中，鋰離子脫離及穿入正極的情形。這一結(jié)果揭示了提高納米結(jié)構(gòu)新型鋰正極材料性能的原理。該技術(shù)能夠用來(lái)開發(fā)在納米級(jí)別上設(shè)計(jì)及控制微細(xì)結(jié)構(gòu)的新型正極材料。

　　為提高鋰離子充電電池的性能，需要把握鋰離子出入正極材料的情況。鋰是一種既輕又小的元素，用現(xiàn)有的電子顯微鏡難以觀察。此次產(chǎn)綜研自主開發(fā)了頻譜數(shù)據(jù)處理法，成功地實(shí)現(xiàn)了鋰濃度分布的可視化，從而明確了正極材料的納米結(jié)構(gòu)與鋰離子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系。

　　鋰離子充電電池的特點(diǎn)是能量密度高，小型且輕量。目前，已廣泛應(yīng)用于手機(jī)及筆記本電腦等產(chǎn)品。如果進(jìn)一步提高其能量密度、耐用性和安全性，并進(jìn)一步降低成本，還有可能用作電動(dòng)汽車及插電式混合動(dòng)力車的電源。

　　鋰離子充電電池在充電時(shí)，鋰離子會(huì)脫離正極材料(鋰過(guò)渡金屬氧化物等)，在電解液中擴(kuò)散，并穿入負(fù)極材料(石墨等)，同時(shí)電子移至負(fù)極進(jìn)行充電(圖1)。而放電時(shí)則相反，鋰離子由負(fù)極返回正極。由于脫離正極材料的鋰離子的量左右著電池容量，而脫離、穿入正極材料時(shí)的電壓決定了電池電壓，因此要想提高電池容量，就需要弄清楚鋰離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

　　此次的研究是受新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)的委托而實(shí)施的。該成果已于2008年8月15日刊登在了美國(guó)電氣化學(xué)會(huì)(Electrochemical and Solid-State　Letter)刊物的電子版。