后鋰電池時(shí)代：哪種電池技術(shù)會(huì )脫穎而出（六）

通過(guò)硅錫復合化尋找出路

　　鋰離子充電電池的負極材料方面，采用石墨的現行鋰離子充電電池的能量密度已逐漸接近極限。因此，今后計劃混合硅和錫等合金類(lèi)負極材料來(lái)提高能量密度，計劃2020年實(shí)現1000mAh/g以上的能量密度（圖17）。此外，將安全性高、有望實(shí)現高容量化的鐵氧化物用作負極材料的動(dòng)向也越來(lái)越多。

　　圖17：掌握高容量化關(guān)鍵的負極材料

　　負極材料有很多有望實(shí)現高容量化的材料候補。課題在于，因材料的膨脹和收縮難以獲得充分的循環(huán)壽命。在本屆電池研討會(huì )上，硅合金負極、錫合金負極和鐵氧化物等相關(guān)的發(fā)表受到關(guān)注。

　　在本屆電池研討會(huì )上，豐田、本田技術(shù)研究所、索尼、古河電池、三德及五鈴精工硝子等分別就硅和錫的合金類(lèi)負極發(fā)表了演講。

　　在合金類(lèi)材料中，伴隨充放電而產(chǎn)生的膨脹和收縮會(huì )造成體積變化，從而導致電極結構崩塌，因此長(cháng)壽命化是一大課題。鳥(niǎo)取大學(xué)研究生院 坂口研究室與三德的研發(fā)小組提出了使循環(huán)特性出色的稀土類(lèi)金屬硅化物與硅復合化的方法（圖18）注12）。該復合材料“在熱力學(xué)方面非常穩定，即使反復進(jìn)行充放電也能抑制電極結構崩塌”（鳥(niǎo)取大學(xué)研究生院）。

　　圖18：充放電1000次后仍維持了690mAh/g的放電容量

　　鳥(niǎo)取大學(xué)研究生院與三德推進(jìn)了將稀土類(lèi)硅化物與硅的復合材料用于鋰離子充電電池負極的研究（a）。共有多項候補，其中作為稀土類(lèi)金屬，采用Gd（釓）的Gd-Si/Si負極的初始放電容量高達1870mAh/g，循環(huán)充放電1000次后依然維持了690mAh/g的容量（b）。

　　注12） 鳥(niǎo)取大學(xué)研究生院與三德以“采用各種稀土類(lèi)硅化物和硅的鋰充電電池負極的創(chuàng )制”為題發(fā)表了演講［演講序號：1D20］。除此之外，還有其他相關(guān)的發(fā)表［演講序號：1D19、1D21、1D22］。

　　在稀土類(lèi)金屬中，把采用釓（Gd）的復合材料Gd-Si/Si用作負極的電池，其容量和充放電循環(huán)特性尤其高。在基于杯形細胞（Beaker Cell）的試驗中，初始充放電容量創(chuàng )下了1870mAh/g的極高值。充放電1000次后也維持了690mAh/g的容量。該研發(fā)小組已經(jīng)試制出以Gd-Si/Si為負極，以L(fǎng)iMn2O4為正極的電池。初始充放電容量為1230mAh/g，循環(huán)100次后為860mAh/g。

　　五鈴精工硝子推進(jìn)了將錫銻（Sn-Sb）硫化物玻璃與硅的復合體用作鋰離子充電電池負極材料的開(kāi)發(fā)?！?012年已開(kāi)始少量樣品供貨”（該公司）。在此前的研究中已經(jīng)證實(shí)，該復合材料能以1000～1400mAh/g的容量實(shí)現穩定的循環(huán)壽命。五鈴精工硝子此次與日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所關(guān)西中心共同在該復合材料上纏繞正極材料LiFePO4和無(wú)紡布隔膜試制了電池注13）。電池容量為850mAh。

　　注13） 五鈴精工硝子與產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所以“采用Sn-Sb類(lèi)硫化物玻璃負極的鋰離子充電電池”為題發(fā)表了演講［演講序號：1D29］。

　　通過(guò)充放電試驗確認，在－20～＋60℃的大溫度范圍內可以作為充電電池正常使用（圖19）。在溫度為60℃、充放電率為3C時(shí)，比容量為128mAh/g。循環(huán)特性出色，反復充放電150次仍維持了99％的容量。