电子显微镜助锂电池离子出入情况可视化

[2011/6/3]

　　日本产业技术综合研究所(产综研)泛在能源研究部门成功地将锂离子充电电池正极锂离子出入情况可视化。由电子显微镜和观察数据的处理显示了锂离子充电电池充、放电过程中，锂离子脱离及穿入正极的情形。这一结果揭示了提高纳米结构新型锂正极材料性能的原理。该技术能够用来开发在纳米级别上设计及控制微细结构的新型正极材料。

　　为提高锂离子充电电池的性能，需要把握锂离子出入正极材料的情况。锂是一种既轻又小的元素，用现有的电子显微镜难以观察。此次产综研自主开发了频谱数据处理法，成功地实现了锂浓度分布的可视化，从而明确了正极材料的纳米结构与锂离子运动状态的关系。

　　锂离子充电电池的特点是能量密度高，小型且轻量。目前，已广泛应用于手机及笔记本电脑等产品。如果进一步提高其能量密度、耐用性和安全性，并进一步降低成本，还有可能用作电动汽车及插电式混合动力车的电源。

　　锂离子充电电池在充电时，锂离子会脱离正极材料(锂过渡金属氧化物等)，在电解液中扩散，并穿入负极材料(石墨等)，同时电子移至负极进行充电(图1)。而放电时则相反，锂离子由负极返回正极。由于脱离正极材料的锂离子的量左右着电池容量，而脱离、穿入正极材料时的电压决定了电池电压，因此要想提高电池容量，就需要弄清楚锂离子的运动状态。

　　此次的研究是受新能源与产业技术综合开发机构(NEDO)的委托而实施的。该成果已于2008年8月15日刊登在了美国电气化学会(Electrochemical and Solid-State　Letter)刊物的电子版。

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