近來,由於環境問題及節約能源相關意識的高漲,電動車受到注目,行動電話、筆記型電腦等也開始使用能源密度較優越的鋰離子二次電池。在車用類型上,以確保安全性為前提,並更進一步尋求高性能化和低成本化。
鋰過渡金屬(Transition Metals)氧化物製程的正極材料材料中,大多使用了稀有金屬鈷,但鈷卻是電池中最價格最昂貴的材料之一。目前的氧化物正極材料並未採用價格低廉的鐵,主要是因為含鐵材料的充放電特性及製造過程依存性較高,在固態反應等一般製造過程中,無法製成具備良好充放電特性的正極。因此,目前鋰離子二次電池的研究,是一面減緩該種電池的性能衰退,一面尋找可替代鈷且資源量較豐富的金屬元素的。

圖說:新開發出的正極材料(紅線、藍線)和以往開發出的正極材料(黑線)5V充電後的初期放電曲線
日本產業技術綜合研究所自2007年起,與對於共沈澱物製程具備豐富經驗的田中化學研究所(股份有限公司)合作,共同開發將固態鐵和鈦溶解於鋰錳氧化物的新氧化物正極材料。此次,為了提高平均放電電壓,將常被利用在電池領域、比鈷便宜的鎳與鐵一起導入Li2MnO3中。以該機構開發出的「共沈澱-水熱-燒成法」為基礎,製作出兩種正極材料(如圖所示)。
開發出的正極材料,比該機構目前為止開發出的3V級正極材料,放電電壓高出0.5V,顯示出接近既存正極的放電曲線。雖然含鎳與低成本化背道而馳,但因為不含鈷,且含有金屬產量最豐富、價格又低廉的鐵,被認為有極高可能性取代目前的正極材料。從4V級的既存正極開始,開發出替代性的3.5-3.7V級,一方面謀求正極材料的低成本化及省能源化,一方面期待著能比以往的含鐵氧化物正極更早實用化。
透過田中化學研究所的合作,期望2010年初能將樣品提供給電池製造商等產業界,並且為了讓鐵含量較高的試驗品,也能有良好的充放電特性,未來將持續針對氧化物的組成和製作條件進行研究開發。