2004 Fiscal Year Annual Research Report
ソフトケミストリーによる新規複合マンガン酸化物の合成と二次電池活物質への適用
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15350117
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
熊谷 直昭 岩手大学, 工学研究科, 教授 (30003875)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
駒場 慎一 岩手大学, 工学研究科, 助手 (20302052)
西館 数芽 岩手大学, 工学研究科, 助教授 (90250638)
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| Keywords | ソフトケミストリー合成 / 異種金属置換型二酸化マンガン / ホランダイト型二酸化マンガン / トドロカイト型二酸化マンガン / リチウム二次電池 / リチウムインターカレーション |
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| Research Abstract |
リチウム二次電池用正極材料のコスト、資源および環境上の課題を解決するために、現在実用化されているLiCoO_2の代替材としてマンガン酸化物が強く期待されている。
本研究においては、(2x2)のトンネル構造を有するホランダイト型MnO_2の新しい異種金属置換複合マンガン系化合物およびそのスピネルやバーネサイト型MnO_2との新規なナノコンポジットを合成し、さらにこれらの合成物のリチウムインターカレーション反応について検討した。
1.昨年度合成に成功した異種金属置換ホランダイト型二酸化マンガンである、α-K_<0.12>(Mn_<1-x>Co_x)O_2(x=0〜0.12)およびα-K_<0.08>(Mn_<1-x>Fe_x)O_2(x=0〜0.12)の基礎物性を表面積測定、電気伝導度測定、X線回折測定およびTEM観察により調べた。また結晶格子中へのリチウムインターカレーションに伴う構造変化およびリチウムの化学拡散速度定数を調べた。結晶格子中へのリチウム拡散速度は無置換およびCo置換体で10^<-12>cm^2/s台(室温)と同程度であるが、繰り返しリチウム挿入と共に構造が無定形化し、充放電容量が低下することが分かった。
2.ホランダイト型α-MnO_2をLiOHと混ぜて、500℃程度で加熱処理することにより、ホランダイト型構造とスピネル構造からなるナノコンポジットの合成に初めて成功した。この新規コンポジットは充放電繰り返しで148mAh/gの、大きい放電容量を示すことが分かった。
3.バーネサイト型二酸化マンガンの焼成によるホランダイト型二酸化マンガンの合成および電気化学的リチウムインターカレーションについて検討した。比較的低温の300〜400℃の加熱処理によりバーネサイトとホランダイト構造からなる新規なナノコンポジットが得られた。またこのナノコンポジットは、初期放電容量210mAh/g、充放電繰り返しで170〜200mAh/gの大きい容量が得られた。
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