鸟取大学和户田工业：开发出优异的钠离子电池负极材料

本文1383字，阅读约需4分钟

摘   要：鸟取大学与户田工业株式会社展开合作，通过在户田工业自主研发的氧化铁（Fe2O3）微粒中添加锑（Sb），获得了优异的钠离子电池负极特性。该研究成功提高了电子导电性，并抑制了聚集，从而显着提高了负极性能。

关键词：锑、钠离子电池、钠离子电池负极材料、超细氧化铁颗粒、氧化铁

鸟取大学与户田工业株式会社展开合作，通过在户田工业自主研发的氧化铁（Fe₂O₃）微粒中添加锑（Sb），获得了优异的钠离子电池负极特性。该研究成功提高了电子导电性，并抑制了聚集，从而显着提高了负极性能。

重量轻且能够储存大量能量的锂离子电池已被广泛用作便携式电子设备的电源。未来虽然有望实现更大的尺寸和更高的性能，但人们正在担心锂资源和成本问题。

另一方面，由于海水中几乎取之不尽的Na资源可以廉价且大量获得，因此钠离子电池有望成为适用于大规模固定电源的廉价蓄电池。此外，氧化铁作为一种廉价且资源丰富的材料被人们广泛利用。

该研究将户田工业所生产的超细氧化铁颗粒用于使用Na的钠离子电池负极。所制备的超细Fe₂O₃颗粒在应用于负极时可获得高充放电容量。

超细Fe₂O₃颗粒照片

但是，即使负极只使用Fe₂O₃，由于电子导电性较低，反复充放电会使Fe₂O₃颗粒在负极中聚集，从而导致电绝缘和电极损坏，存在电极耐久性差（充放电循环寿命短）的问题。因此，研究小组在该研究中将Sb、Sn、Bi、In、Zn、Al等各种不同性质的金属与Fe₂O₃结合在一起，试图通过提高集电性和抑制Fe₂O₃颗粒的聚集来解决这个问题。

研究小组试制了一个钠离子单电池，并对由Fe₂O₃与各种金属结合而成的电极进行充放电测试评估，结果显示，负极性能因使用的金属种类而有很大差异。

a.使用氧化铁负极的钠离子电池原型，b.由Fe₂O₃和Sb的复合材料构成的负极的显微结构

当在负极中仅使用超细Fe₂O₃颗粒时，研究已证实，由于电子导电性差和颗粒的聚集，电池容量在充放电循环过程中迅速损失。即使与Al或Zn结合，这一问题也没有得到任何改善；另一方面，通过与Na进行合金化反应，并使用Sn或Bi作为传导路径时，容量下降得到了缓解。同样将与Na发生合金化反应的Sb与Fe₂O₃结合的电极显著改善了初始循环的容量下降，表现出优异的循环稳定性。对该电极充放电后的横截面结构进行研究，结果表明，Sb的添加进一步抑制了导致容量下降的裂纹的发生。由此，认为介于Fe₂O₃颗粒之间的Sb随着充放电期间的体积变化而膨胀和收缩，从而防止了聚集并抑制了电极结构的崩溃。

当在负极材料中使用氧化铁时，电子导电性低和充放电期间会聚集一直是个问题，而本研究发现，解决这个问题的关键是将其与某种金属进行结合，从而可以有效地发挥出超细氧化铁的高容量。

这一发现不仅对使用液体电解质的锂离子电池和钠离子电池有用，对使用固体电解质的电池同样有用，有望为下一代蓄电池的材料开发做出贡献。  

翻译：王宁愿

审校：李   涵

通稿：李   涵