利用Sn類負極及鐵類正極材料大幅提高電池性能

基于機械力化學處理方法之一的超離心力場溶膠-凝膠法的研究契機是什么？

其實2002年直井研究室成立風險企業“KDouble”時，就在產業界各位有識之士的協助下，本著“最終實用化”的方向大幅調整了當時研究室推進的研究內容。包括日本獨有的新技術，以及只有某一特殊領域才掌握的方法論等在內，獲得了很多知識和啟發。在探索這些技術和方法的可能性的同時不斷進行改進，歷經數年終于啟動了采用超離心機械力化學處理方法的研究。這是KDouble的核心技術，目前已發展為“納米合成技術”。該技術的特點是，方法簡單、周期短并有望量產，因此能夠快速實用化。

首先開始研究的是使用釕（Ru）的電容器電極材料。采用機械力化學處理方法實現了水合RuO2的微粒子化，從而在水合條件下實現了高達1000F/g以上的大容量。這是一種具備大容量的材料，接近現行活性炭的10倍。這是我們對“納米合成技術”的首次嘗試。但Ru屬于稀有金屬，因此從成本考慮，實用化比較困難。于是，我們開始考慮采用同為過渡金屬的錳（Mn）、鈦（Ti）、錫（Sn）、硅（Si）、釩（V）及鐵（Fe）等材料。

目前正在致力于什么研究？

Ti方面，日本Chemi-Con已宣布采用鈦酸鋰（LTO）與碳復合而成的電極材料實現鋰離子電容器的商用化。此外，該公司還采用納米合成技術制造了SnO2等Sn類材料，發現這種材料具備非常出色的性能，目前正將其作為鋰離子電池的負極材料接受樣品評測。

作為直井研究室來說，不會區分電容器與鋰離子電池，而是打算將其作為基于鋰離子的新一代產品推進研究。具體來說，目前正在致力于磷酸鐵鋰（LiFePO4）的研究。LiFePO4的材料成本較低，因此我們認為比較適合大尺寸產品使用。

而且，采用納米合成技術將LiFePO4與碳復合后形成的材料，即使在與電容器相當的數百C大電流下充放電，也能確保容量。估計這是因為LiFePO4的納米晶體中的bc面變形較少的緣故。

如果正極采用LiFePO4，負極采用活性炭的話，便可制造出正極利用氧化還原反應（Redox反應）的鋰離子電容器。前面提到的采用LTO的鋰離子電容器則是負極利用氧化還原反應的產品。

今后，為了全面普及新一代電網“智能電網”，會逐步導入可再生能源，為此需要開發壽命較長的大型蓄電設備。正極或負極采用活性炭的合成型蓄電設備具有出色的壽命特性，因此從10～20年內可利用的能源總量考慮，應該非常適用。當然，在輸出功率及壽命要求不高的用途方面，估計今后正極及負極均利用氧化還原反應的傳統鋰離子電池的容量將會提高。

作為可提高電池容量的材料，我們還在研究采用納米合成技術的新型納米硫（S）類材料。今后我們還打算采用這種納米合成技術制造用于能量儲存及轉換的高性能電極材料。