鳥取大學與戶田工業共同開發出創新鈉離子電池負極材料

 

刊登日期:2023/2/1
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鳥取大學與戶田工業展開共同合作,將銻(Sb)添加於戶田工業獨家開發的氧化鐵(Fe2O3)微粒子中,確認做為鈉離子電池負極可獲得優異的特性。由於成功地提高了電子導電性並抑制凝集,藉此顯著提升了負極性能。

研究中將戶田工業製造的超微細氧化鐵粒子利用於鈉離子電池的負極。當超微細Fe2O3粒子應用於負極時,可獲得高充放電容量。然而即使負極僅使用Fe2O3,但電子導電性較低,反復充放電後Fe2O3粒子在負極凝集,導致電絕緣與電極崩壞,因此存在了電極耐久性較低(充放電循環壽命短)的問題。有鑑於此,研究團隊將Sb、Sn、Bi、In、Zn、Al等各種不同性質的金屬與Fe2O3複合化,試圖透過提高集電性與抑制Fe2O3粒子凝集以解決電極耐久性較低的問題。研究團隊試作了鈉離子電池,並對由Fe2O3與各種金屬複合而成的電極進行了充放電測試評估,負極性能則依使用金屬的種類而出現顯著差異。

若負極僅使用超微細Fe2O3粒子時,由於電子導電性較差與粒子凝集,容量在充放電循環期間迅速損失。而此問題即使透過與Al或Zn的複合化仍未能獲得改善。但使用與Na發生合金化反應而利用做為傳導路徑的Sn或Bi時,容量的衰退獲得了緩解。此外,使用同樣與Na發生合金化反應的Sb與Fe2O3複合化的電極則大幅改善了初期循環後的容量衰退,發揮了優異的循環穩定性。研究團隊對此電極充放電後的斷面結構進行調查後,確認Sb的添加進一步抑制了導致容量衰退之裂紋的發生。

根據這些研究結果,可知介於Fe2O3粒子之間的Sb隨著充放電期間的體積變化而膨脹、收縮,從而防止凝集並抑制了電極結構的崩壞。目前使用氧化鐵做為負極材料時,仍有電子傳導性低、充放電時形成凝集的問題。透過此次研究,發現解決問題的關鍵在於與某種金屬複合化,藉此將可有效地發揮超微細氧化鐵的高容量特性。除了使用液體電解質的鋰離子電池或鈉離子電池之外,此一發現對於使用固體電解質的電池亦具有效果,今後可望有助於促進次世代蓄電池的材料開發。


資料來源: https://www.tottori-u.ac.jp/secure/20333/web_press.pdf
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