電子顯微鏡 助鋰電池離子出入情況可視化

　　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(mén)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(guān)察數據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。這一結果揭示了提高納米結構新型鋰正極材料性能的原理。該技術(shù)能夠用來(lái)開(kāi)發(fā)在納米級別上設計及控制微細結構的新型正極材料。

　　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，用現有的電子顯微鏡難以觀(guān)察。此次產(chǎn)綜研自主開(kāi)發(fā)了頻譜數據處理法，成功地實(shí)現了鋰濃度分布的可視化，從而明確了正極材料的納米結構與鋰離子運動(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，已廣泛應用于手機及筆記本電腦等產(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(chē)及插電式混合動(dòng)力車(chē)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)，在電解液中擴散，并穿入負極材料(石墨等)，同時(shí)電子移至負極進(jìn)行充電(圖1)。而放電時(shí)則相反，鋰離子由負極返回正極。由于脫離正極材料的鋰離子的量左右著(zhù)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(kāi)發(fā)機構(NEDO)的委托而實(shí)施的。該成果已于2008年8月15日刊登在了美國電氣化學(xué)會(huì )(Electrochemical and Solid-State　Letter)刊物的電子版。