• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

High energy-density positive materials using novel electrode reactions by controlling oxygen anions

Research Project

Project/Area Number 20H02846
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research InstitutionThe University of Tokushima

Principal Investigator

OISHI Masatsugu  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (30593587)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 尾原 幸治  公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (00625486)
山本 健太郎  奈良女子大学, 工学系, 准教授 (90755456)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Keywordsリチウムイオン二次電池 / 高容量正極材料 / 低結晶構造 / 結晶PDF解析 / 放射光X線 / 全散乱測定 / 高容量正極 / PDF解析 / 正極酸化物材材料 / XAFS解析 / 結晶非晶質相混相材料 / 正極酸化物材料 / リチウム過剰系正極 / リチウムイオン電池 / XAFS / 結晶PDF / 結晶-非晶質相
Outline of Research at the Start

Li2MnO3を基幹として遷移金属を固溶したLi2MnO3系材料は、従来の正極特性を遥かに超える高電位・高容量特性を持っている。この材料系は従来の金属カチオンに加えて、新たに酸素アニオンの酸化還元反応を用いる事で電池の高容量化が実現できる。しかしながら、これら酸素アニオンは本来格子内で不安定な状態であるため、電池材料において結晶-非晶質混在構造体を形成し、そこで高価数の電子状態が準安定化していることが予想される。そこで本研究では、差分Pair distribution functionにより、高容量を示す結晶-非晶質相混在正極の詳細を明らかにすることで新規高エネルギー密度正極の実現性を探る。

Outline of Final Research Achievements

Intensive research is being conducted to further improve the performance of lithium-ion secondary batteries. Conventional positive-electrode materials exhibit excellent charge-discharge cycle characteristics because only Li ions are extracted and inserted while maintaining the crystalline structure of the material. In contrast, lithium-rich layered oxide (LLO) materials with a low-crystalline structure have achieved high energy density and extraction/insertion of a large amount of Li ions. We revealed by pair distribution function (PDF) analysis that the existence of a low crystalline phase in the LLO structure, formed by a crystal structure change accompanying the migration of pillar metal ions that support the Li deficient layer during extraction of Li-ions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

新規構造体による電極反応は,従来の正極材料設計とは全く異なっており,次世代リチウムイオン二次電池の新たな材料設計指針を示すことに成功した.カーボンニュートラルに向けて二次電池の重要性が高まる中,リチウムイオン二次電池の大型化及び高容量化が求められている.本研究で取り組んだリチウム過剰系正極材料は高容量化に寄与し,新規材料設計指針に沿った材料系を開発することで,カーボンニュートラル社会の実現に貢献できる.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Functions of low crystallinity in lithium-rich positive electrode2023

    • Author(s)
      Masatsugu Oishi , Satoshi Hiroi, Koji Ohara
    • Journal Title

      Oyo Buturi

      Volume: 92 Issue: 1 Pages: 35-39

    • DOI

      10.11470/oubutsu.92.1_35

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • Year and Date
      2023-01-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] リチウム過剰系正極材料の低結晶性の機能2023

    • Author(s)
      大石昌嗣, 廣井慧, 尾原幸治
    • Journal Title

      応用物理

      Volume: 92 Pages: 35-39

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Adaptive Cation Pillar Effects Achieving High Capacity in Li‐Rich Layered Oxide, Li2MnO3‐LiMeO2 (Me = Ni, Co, Mn)2022

    • Author(s)
      Hiroi Satoshi、Oishi Masatsugu、Ohara Koji、Shimoda Keiji、Kabutan Daiki、Uchimoto Yoshiharu
    • Journal Title

      Small

      Volume: 18 Issue: 42 Pages: 2203412-2203412

    • DOI

      10.1002/smll.202203412

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Disordered Cubic Spinel Structure in the Delithiated Li2MnO3 Revealed by Difference Pair Distribution Function Analysis2020

    • Author(s)
      Oishi Masatsugu、Shimoda Keiji、Ohara Koji、Kabutan Daiki、Kawaguchi Tomoya、Uchimoto Yoshiharu
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 124 Issue: 44 Pages: 24081-24089

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c07124

    • NAID

      120007166769

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] リチウム過剰系正極Li2MnO3-LiNi0.5Mn0.5O2の結晶PDF法による結晶構造解明2023

    • Author(s)
      大石昌嗣, 藤田裕亮,濵本楽,廣井慧,尾原幸治
    • Organizer
      第90回電気化学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] リチウムイオン二次電池の Li 過剰系正極材料の構造理解2022

    • Author(s)
      濵本楽,藤田裕亮,廣井慧,尾原幸治,大石昌嗣
    • Organizer
      第28回ヤングセラミスト・ミーティング in 中四国
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] リチウム過剰系正極材料0.4Li2MnO3-0.6LiNi0.5Mn0.5O2の差分PDF解析2022

    • Author(s)
      藤田裕亮,廣井慧,尾原幸治, 和泉匡哉, 大石昌嗣
    • Organizer
      2022年 電気化学秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] リチウム過剰系正極材Li2MnO3-LiMeO2 (Me=Ni, Mn)の結晶二体分布関数PDF解析2021

    • Author(s)
      和泉匡哉,尾原幸治,廣井慧,大石昌嗣
    • Organizer
      2021年電気化学秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 次世代リチウムイオン二次電池高容量正極材料の放射光 X線を用いた 局所電子・原子構造解析2021

    • Author(s)
      大石昌嗣
    • Organizer
      第58 回 X線材料強度に関する討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高容量正極材料Li2MnO3-LiMeO2 (Me = Ni, Mn, Co)の結晶二体分布関数PDF解析2021

    • Author(s)
      大石 昌嗣, 廣井 慧, 和泉 匡哉, 内本 喜晴, 尾原 幸治
    • Organizer
      第89回電気化学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Disordered cubic spinel structure in the delithiated Li2MnO3 revealed by difference pair distribution function analysis2020

    • Author(s)
      Masatsugu Oishi,Keiji Shimoda,Koji Ohara,Tomoya Kawaguchi, Yoshiharu Uchimoto
    • Organizer
      PRiME2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リチウム電池充放電その場XAS解析2020

    • Author(s)
      大石昌嗣
    • Organizer
      その場観察分科会 2020年研究討論会~テーマ:電場・液中のその場観測~
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] リチウムイオン二次電池正極材料の充放電特性評価2020

    • Author(s)
      藤田裕亮, 和泉匡哉,御手洗祐作,大石 昌嗣
    • Organizer
      第27回ヤングセラミスト・ミーティング in 中四国
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 大石昌嗣研究室HP,Publicaitons

    • URL

      https://www-me.ait231.tokushima-u.ac.jp/labs/moishi/publications.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 徳島大学HP,准教授 大石昌嗣,研究活動

    • URL

      http://pub2.db.tokushima-u.ac.jp/ERD/person/309265/work-ja.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi