东京农工大学研究生院近日宣布，采用超速离心处理技术将活性物质内包在碳中，将有望大幅提高锂离子充电电池用电池材料的性能。此次公开了将正极材料磷酸铁锂（LiFePO4）和负极材料氧化锡（SnO2）分别内包在碳中的电极材料试验结果。据介绍，LiFePO4在60C（1分钟）放电时实现了131mAh/g的比容量（图1）。SnO2可进行10C（6分钟）的放电，确保了800次以上的充放电循环寿命（图2）。

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图1.提高磷酸铁锂的输出功率成为可能

图2.氧化锡寿命得到提高

东京农工大在正极材料中制作出了将LiFePO₄内包在中空状碳内的“酸浆型”，以及内包在碳纳米纤维中的“豌豆型”（图3、4）。两种状况均可以通过将导电性低的LiFePO₄内包在碳中，从而形成导电网络、并提高输出功率。60C放电时的比容量方面，酸浆型为131mAh/g，豌豆型为113mAh/g。酸浆型的特点是在高输出功率时的性能较高，而且还可以由市售炭黑制成。据悉，由于豌豆型的比重较高，因此可以轻松提高单位体积的能量密度。

图3.酸浆型磷酸铁锂

图4.豌豆型磷酸铁锂

负极材料方面，在碳中内包了虽然有望提高容量，但充放电时的体积变化较大，此前充放电循环寿命较短的SnO₂（图5）。利用在该负极材料与正极材料中使用钴酸锂（LiCoO₂）的单元进行了试验，结果发现800次循环以后比容量仍为693mAh/g，未出现容量劣化。东京农工大学研究生院教授直井腾彦认为，“SnO₂和碳的比例很重要，如果将该比例控制在某一范围内，800次循环后SnO₂中也不会出现裂缝等老化现象”。另外，从SnO₂单位重量的比容量来看，“是理论容量的80％左右”（直井）。

图5.内包在碳中的氧化锡

此次的开发由东京农工大学研究生院的直井研究室与该大学研究院的“电容器技术讲座”（日本Chemi-Con的赞助讲座）承担。直井研究室与电容器技术讲座在此前开发出了新型锂离子电容器，采用通过超速离心处理技术使碳纳米纤维和钛酸锂（Li4Ti5O12，LTO）实现了复合化的负极。超速离心处理技术是东京农工大成立的风险企业——K＆Double（音译）开发出来的机械力化学处理的一种，在离心力场中通过溶胶-凝胶（Sol-gel）法制作材料。
关于此次的发表，日本Chemi-Con基础研究中心功能性材料研究室室长玉光贤次表示“现已得知采用超速离心处理技术可以将多种活性物质内包在碳中，有望实现高性能化。希望在今后用于电极材料中”。
关于采用此次电极材料的高性能锂离子充电电池的业务化，日本Chemi-Con已经提前进行了探讨，不过该公司常务董事兼首席技术官内秀则表示“详细情况将在今后公布”。该公司拥有从高性能材料提供到电池销售的多种选择，因此目前正关注今后的业务方向性。