2017 Fiscal Year Annual Research Report
Electrode Potentials of Lithium Insertion Materials
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15K06491
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
有吉 欽吾 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (80381979)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸田 逸平 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 助教 (30419676)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | リチウムインサーション材料 / リチウムイオン蓄電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、実際のリチウムインサーション材料を用いて実測した電極電位と、計算により見積もった電極電位との詳細な比較・検討を行なった。電池材料の固体化学と電極電位との関係性、とくに結晶構造と関係する遷移金属イオンならびにリチウムイオンの局所配位環境と電極電位との関係について考察することで、以下のことが明らかとなった。
１．同一化学組成でありながら異なる3種類の結晶構造(層構造、スピネル型構造、ルチル型構造)について、リチウム含有量の異なる状態におけるエネルギー計算を行なうことで、電池材料の電極電位と結晶構造との関係性について検討した。得られた結果からは、いずれの構造でも元素ごとの定性的な傾向はおおむね一致しており、電極電位が構造と元素という因子で分類できるという仮説をおおむね裏付けることができた。特に結晶構造の因子としてルチル型構造が広い組成範囲で電極電位の変化が少ないこと、スピネル構造が高電圧側に働くものの高Li組成側での電圧低下が大きくなることが分かった。
２．実験においても同一組成でかつ異なる結晶構造（層構造とスピネル型構造）を持つ材料の合成に成功し、その電極電位を比較したところ、結晶構造の違いにより電位形状、つまり電極電位の化学組成依存性は異なるものの、全反応領域を平均した平均電極電位はほぼ近しい値を示した。これらの実験によるアプローチからも電極電位が固相酸化還元する元素に依存し、電位形状が結晶構造に関係することを示唆する結果が得られた。
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