后鋰電池時(shí)代：哪種電池技術(shù)會(huì )脫穎而出（二）

　　圖5：高速充放電特性出色的鈉離子充電電池利用東京理科大學(xué)試制的紐扣型電池進(jìn)行充放電的結果顯示，鈉離子充電電池在高速充放電中也具備優(yōu)異的特性。

　　利用鐵的氧化還原反應

　　由于負極可利用硬碳，與鋰離子充電電池研究一樣，探索可實(shí)現高容量化正極材料的開(kāi)發(fā)也日益活躍。最近備受關(guān)注的是，可實(shí)現高容量化、且不同于鋰離子充電電池的正極材料。其中之一就是可利用鐵的3價(jià)和4價(jià)氧化還元反應。鋰離子充電電池不會(huì )發(fā)生鐵氧化還原反應，只能利用鎳、錳和鈷等過(guò)渡元素的氧化還原反應。

　　實(shí)際上，東京理科大學(xué)發(fā)布的鐵類(lèi)層狀正極材料Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2的比容量為190mAh/g注1）。特點(diǎn)是，顯示出了鈉和氧形成三棱柱網(wǎng)格的P2型層狀構造。

　　注1） 東京理科大學(xué)以“層狀含鈉鐵錳類(lèi)氧化物的結晶構造和電氣化學(xué)特性”為題發(fā)表了演講［演講序號：1E29］。

　　僅以鐵構成的NaFeO2一般采用鈉和氧形成八面體網(wǎng)格的O3型積層構造，以3.5V以上電壓充電時(shí)，隨著(zhù)鐵離子的移動(dòng)會(huì )發(fā)生不可逆相變。而P2型Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2即使充電電壓超過(guò)3.5V，也可以根據鐵的氧化還原反應獲得可逆容量，充電電壓提高至4.5V時(shí)仍能維持層狀構造。

　　東京理科大學(xué)的研發(fā)小組認為，雖然Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2的平均電壓只有2.75V，但比容量高，因此能確保能量密度超過(guò)正極材料采用LiFePO4的鋰離子充電電池（圖6）。另外，目前通過(guò)使鐵和錳的比例各占一半來(lái)維持P2型，“如果減少錳的用量后仍能維持P2型的話(huà)，還能進(jìn)一步提高容量”（東京理科大學(xué)綜合研究機構講師藪內直明）。

　　圖6：利用新的正極材料實(shí)現190mAh/g的比容量

　　東京理科大學(xué)在本屆電池研討會(huì )上就擁有高比容量的正極材料Na2/3（Fe1/2Mn1/2）O2發(fā)表了演講。鈉和氧以三棱柱構造（P2型）排列（a）。通過(guò)錳和鐵的氧化還原反應實(shí)現了190mAh/g的高容量（b）。雖然新材料的平均電位稍低，只有2.75V，但作為電池可實(shí)現高能量密度（c）。