リチウムを含む遷移金属窒化物を電極とするリチウム二次電池の開発

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455337
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 武田 保雄 三重大学, 工学部, 助教授 (60093051)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今西 誠之 三重大学, 工学部, 助手 (20223331) ; 伊藤 敬人 三重大学, 工学部, 教授 (90126954)
• Keywords: リチウム二次電池 / リチウム遷移金属窒化物 / リチウム二次電磁用負極 / 逆ホタル石構造

Research Abstract

今年度は、種々の金属について多大な合成の努力を行い、主に逆ホタル石型構造を持つリチウム遷移金属窒化物について研究した。遷移金属として、Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cuを試みたが、簡便な合成方法、すなわち、せいぜい1%H2混合のN2ガスまたは純粋なN2ガス中で、Li_3Nと遷移金属窒化物、または金属と焼成するだけで、Mn,Fe,Co,Ni,Cuに関して化合物が得られるのが見いだされた。このうち、MnとFeが逆ホタル石構造のLi_7MnN_4とLi_3FeN_2であり、Co,Ni,CuはLi_3NのLiの一部が置換したLi_<3-x>M_xNと表される化合物であった。このうち、Li_7MnN_4とLi_3FeN_2の電極としての特性を重点的に検討した。Li/Li_7MnN_4とLi/Li_3FeN_2の電池において、充電も放電も、大電流でも劣化のないサイクル特性を示した。容量も200‐300mAh/gと大きく、しかもその充電電位が1.1‐1.4Vと低く負極としての、応用が期待された。さらに、Li_<3-x>Co_xNの検討を始めた結果、さらに低い電位と、大きな容量を示して、これらがカーボンに変わりうる負極材料としての魅力を備えていることが分かった。
昨今のリチウム二次電池に関する興味の高まりはすさまじいものがあり、平成7年秋に開かれた電位討論会でも、900件の発表件数の内半分以上がリチウム二次電池に関するものである。そのうち正極はほとんどがLiCoO_2,LiNiO_2,LiMn_2O_4の御三家、負極はカーボン一点張りであるのを異常と見るのは我々だけであろうか?我々が見いだした、リチウム遷移金属窒化物が高い容量で、優れたサイクルせいを示し、しかもリチウムに対して低い電位を示すという事実は、もっと注目されるべきであると自負するものである。しかし誰もが、大きな流れの中で、一丸となって同じ方向へ走っている状況では、なかなか声を大きくしてもそれも難しいが、最近、2、3のグループが我々の結果に注目し、評価し、独自に研究を始めてくれたのは喜ばしい。例えば、上述の電池討論会でNTTのグループがCo系での研究を発表され、カーボンの数倍の容量が出ることを述べておられた。ここ数年の内には、かなりの結果が出そろい優れた負極材料として多くの人が注目すると思われる。

Research Products

• [Publications] A. Hirano: "Relationship between non‐stoichiometry and physical properties on LiNiO_2" J. Solid State chem.78. 123-131 (1995)
• [Publications] O. Yamamoto: "Rechargeable carbon anode" J. Power Sources. 54. 72-75 (1995)
• [Publications] N. Nishijima: "Synthesis and electrochemical studies of a new anode materials,Li_<3-x>Co_xN" Solid state Ionics. (印刷中). (1996)