2018 Fiscal Year Annual Research Report
Study on manganese based layer oxides for 4-volt sodium-ion batteries
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16H04225
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
駒場 慎一 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (20302052)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナトリウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当研究室では，ナトリウムイオン電池の材料研究を通して，希少かつ毒性元素を不要とする新型二次電池の実現を目指し，その全電池作動を世界に先駆けて実証し，現在も電極活物質や電解質に適用できる新材料の開発により電池の高性能化を目指した研究を進めている．本研究では４ボルト級の電池作動を目指して，正極活物質の研究を行った．
これまでもP2型層状構造を有するニッケル・マンガン複合層状酸化物で４ボルト作動を実証してるが，充放電寿命が短いことが問題であった．そこで，寿命を改善するために，ニッケルサイトの一部をアルミニウムやチタンで部分置換した．その結果，電池充放電中の結晶構造の体積変化が抑制されて，電池寿命が改善できることが分かった．この材料の詳細な電気化学特性と構造変化の相関を解明した上で，さらなる材料の最適化を進めた．またマンガンだけでなく，すべての３ｄ元素を対象として合成および電気化学測定も行い，各種ナトリウム・マンガン層状酸化物との比較検討を行って総説論文を発表した．
また，既に４ボルト以上の高電圧領域で，正極表面の状態，とりわけバインダーが果たす役割が重要であるこを報告しているが，さらに用いる有機電解液の成分や濃度が重要であり，これらが電極表面において電気化学反応によって生成する表面被膜の構造に大きな影響を及ぼすことを見出した．
今年度は，最終年度であったため以上を統括して，４ボルト級の標記電池の安定作動を実現する層状マンガン系酸化物材料の研究から，炭素材料や機能性バインダーの役割と重要性を合わせてしめした．今後も，標記材料の研究を発展させつつ，関連する電池材料，さらにはイオンキャリヤをカリウムに置き換えた新奇な電池，また実用化されているリチウムイオン電池の高性能化研究に展開した．
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| Research Progress Status |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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