導電率改善1000倍 日本開發出蓄電池用LTO替代材料

日本豐橋技術科學大學在學術雜志《Journal of Power Sources》上發表論文稱，大幅提高了鋰離子二次電池中采用鈦鈮（Ti-Nb）氧化物的負極材料的特性。有可能實現兼顧高能量密度、大輸出功率和高安全性的鋰離子二次電池。

這種負極材料是Ti2Nb10O29（TNO）結構的氧化物，由日本豐橋技術科學大學電氣與電子信息工學系教授櫻井庸司和副教授稻田亮史的研究室開發。

TNO是相對于Li/Li＋的平均電勢差為1.6V、輸出功率低時容量為250mAh/g的材料。相對于作為鋰離子二次電池的負極廣為使用的鈦酸鋰（LTO）的Li/Li＋，平均電勢差為1.55V，理論容量為175mAh/g，因此安全性跟LTO一樣高，但容量能夠增加4成。不過，TNO幾乎為絕緣體，導電率低，存在輸出功率大時容量會大幅降低的問題。

此次，由櫻井領導的研究小組不是在空氣中焙燒TNO，而是在真空中焙燒TNO形成負極的。這時，導電率提高1000倍左右，在室溫下也達到10－6～10－5S/cm。結果，輸出電流密度為7mA/cm2（20℃）時的容量由原來的100mAh/g以下大幅提高到了約180mAh/g。電流密度越大，容量改善率越高。

在空氣中焙燒過的TNO呈白色，而在真空中焙燒后，Ti4＋與Ti3＋離子處于混合狀態，呈深藍色。通過熱重量分析等，在真空中焙燒過的TNO中，部分Ti4＋還原成了Ti3＋，存在氧原子空缺。櫻井等人認為正式這種氧原子空缺才帶來了高導電性。