2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of vanadate glass with high electrical conductivity and its application for a cathode active material of secondary batteries
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15H03882
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
久冨木 志郎 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90321489)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 重人 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (10304841)
吉岡 聰 九州大学, 工学研究院, 助教 (50452818)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 二次電池正極材料 / メスバウアー分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、様々な電子デバイスの登場により大容量、長寿命、高速充電が可能な二次電池の開発が必要とされている。我々は以前から非晶質材料に着目し、溶融急冷法によるバナジン酸塩ガラスの材料開発および二次電池正極材としての評価を行ってきたが、化学的耐久性が低く、サイクル特性が悪いという点が課題として浮かび上がった。平成28年度はこれまでに引き続き、溶融急冷法による二次電池用ガラス正極材の組成開発を行うとともに、化学的耐久性、容量密度の向上を狙い、ゾルゲル法によってケイ素やアルミニウムなどの高いガラス系性能を持つ元素を少量添加したガラスを作成し、特性評価を行った。具体的な組成としては溶融法によりナトリウムを添加したガラス（xNa2O 10P2O5 (90-x)V2O5, x=5, 25, 45、以下xNPV）、およびゾルゲル法によりケイ素、アルミニウムを添加したバナジン酸塩ガラス（(100-x)V2O5 xAl2O3、(100-x)V2O5 xSiO2、x=5, 10）を作成し、それぞれについてナトリウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池の特性評価を行った。溶融法により作成したxNPVを正極材として用いたナトリウムイオン電池の充放電特性の測定結果より、45NPVが不可逆容量が小さく、250 mAh/g の高い容量を有することが明らかになった。ゾルゲル法で作成したバナジン酸塩ガラスのリチウムイオン電池の特性評価の結果、90V2O5 10SiO2が約400 mAh/gの高い初回充放電容量を持つことが判明した。平成29年度はこれらの結果に基づき、溶融法、ゾルゲル法で作成した試料のぞれぞれについてスズイオンを導入し、二次電池正極特性と構造の相関について調査を継続する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初はバナジン酸塩ガラスの導電性と二次電池の容量は相関があるものと思われたが、これまで評価した系において、必ずしも高い導電性を有するガラスが二次電池として高い容量を持つわけではないことが明らかになってきた。したがって高い容量を持つバナジン酸塩ガラスの構造的な要因を新たに調査する必要が出てきた。このため当初の予定よりやや遅れることとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の概要に示した通り、基本となる酸化バナジウムに対して、溶融法で作成する系に関してはナトリウムを加えた系、ゾルゲル法で作成した系についてはケイ素を加えた系について二次電池特性と構造の相関をこれまで評価してきた。平成29年度はこれにスズを加えた系の作成と評価を行い、高い二次電池特性を有するバナジン酸塩ガラスの作成及び熱処理条件を特定する。高い二次電池特性を持つ化学組成、熱処理条件の特定に成功した試料についてはナノ粒子からの作成を試み、二次電池特性のさらなる向上を目指す。
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