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

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455337
• Research Category: Grant-in-Aid for 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, 機器分析センター, 助教授 (20223331)
• Keywords: リチウムチッ化物 / リチウム二次電池用負極 / 新規負極

Research Abstract

1.Li_3NとM_xN_y(M=Mn,Fe)またはLi_3NとCo、Ni,Cu金属を1%H_2-N_2気流中、あるいはN_2中で反応させることにより、逆ホタル石型のLi_7MnN_4、Li_3FeN_2、またはLi_3N構造のLi_<3-x>M_xN(M=Co,Ni,Cu)が容易に得られた。これらの構造は、高イオン導電体として知られているもので、Liがスムースに移動し、遷移金属を含むことから、電場中でLiの挿入脱離が簡単に起こることが期待される。我々は、Liを陰極としたリチウム電池の充放電試験を行った。
2.まずLiと逆ホタル石型のLi_7MnN_4、Li_3FeN_2を組み合わせた電池の特性を検討した。Li/Li_7MnN_4もLi/Li_3FeN_2も1.2Vあたりの電位でいいサイクル特性を示す。Li_<7-x>MnN_4としてx=1.25までLiの脱離が可能で、逆蛍石構造を保ったまま、可逆的に変化する。Li_3FeN_2も同じである。
3.Li_<3-x>M_xNとしてCo,Ni,CuがそれぞれX=0.4,0.6,0.3までLi_3Nに固溶する。Li/Li_<3-x>M_xN(M=Co,Ni,Cu)の電池を組んで充放電特性を調べた。いずれも優れたサイクル特性を示した。どの系も1V以下の電位を示し、特にLi/Li_<2.6>Co_<0.4>Nの電池は1.4V-0Vカットで500mAh/gの容量を示す。ここで特徴的なのは、第1回目の充電曲線と二回目のそれとが大きく異なる点である。XRDの測定によると、Li_7MnN_4やLi_3FeN_2の場合と異なり、充放電につれ、構造が崩れ非晶質となる。この非晶質物質は、電解質との反応により生じたと考えられ、高い容量もそのことによっていると思われる。
いずれにせよ、Liに対して1V以下の電位を示し、Li電池のる陰極として有用であろう。

Research Products

• [Publications] M.Nishijima: "Synthesis and Electrochemical Studies of a New Anode Material,Li_<3-x>Co_xN" Solid State Ionics. 83巻. 107-111 (1996)
• [Publications] M.Nishijima: "Electrochemical studies of a new anode materials,Li_<3-x>M_xN(M=Co,Ni,Cu)" J.Power Source. (印刷中).