2017 Fiscal Year Research-status Report
ルチル型酸化チタンが拓くナトリウムイオン電池の負極活物質創製
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16K05954
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
薄井 洋行 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (60423240)
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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 / ルチル型酸化チタン / 不純物ドープ / 水熱合成法 / 微細構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ルチル型TiO2は，電気自動車や定置用蓄電池に実用化されているリチウムイオン電池負極材料であるチタン酸リチウム（Li4Ti5O12）の1/10以下の低いコストで入手でき，その結晶のc軸方向にLi＋移動に非常に適した拡散経路を有する．この特異なLi+拡散能は他のチタン酸化物には見られない特徴である．しかしながら，ab面内方向のLi＋拡散が遅いうえ，電子伝導性も低いため，そのままでは乏しい性能しか得られず，リチウムイオン電池の負極材料としてはこれまで注目されてこなかった．この問題に対し，研究代表者はゾル－ゲル法を用いて種々のサイズ・結晶性を有するTiO2を合成し，その負極特性を調べた結果，TiO2の粒子サイズに対する結晶子サイズの割合を高めることで，潜在的な高いLi＋拡散能を引き出すことに成功してきた．さらに，TiO2にNbをドープすることで電子伝導性の低さも改善した．これら２つの工夫により，通常の50倍もの大電流密度（50C）においてもルチル型TiO2が充放電を行え，実用のLi4Ti5O12を上回る性能を発揮できることを見出した．また，このNb-doped TiO2はナトリウムイオン電池負極としても動作が可能であり，100回以上のNa+の挿入－脱離に対してその構造を安定に維持できることを発見してきた．
当該年度は一層の性能向上を目指して，高い結晶性の試料が得られる水熱合成法を用いてNb-doped TiO2試料の調製を行った．また，性能向上を達成するためには，TiO2の粒子サイズや結晶性が負極性能に与える影響を詳しく調査する必要がある．そこて，水熱合成法で調製したNb-doped TiO2試料に対して高分解能透過型電子顕微鏡観察を行い，その微細構造を解析した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の最重要項目は『TiO2の結晶構造の制御による負極性能の改善』であり，今回の研究ではどのような結晶構造が最適であるかを調べ，その微細構造の解明に成功したため．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果をもとにして，ナトリウムイオン電池負極としての性能をより一層向上させるとともに，リチウムイオン電池負極としての評価も行う．Li+とNa+の吸蔵－放出特性の違いを調べることで，どのような構造が性能向上に有効かを見極めていきたい．
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| Causes of Carryover |
（理由）昨年度と本年度において，情報収集を予定していた学会等に招待講演として参加したことで，旅費等を節約できたため．また，実験が順調に進み，試料調製のための試薬代を切多岐出来たことにもよる．
（使用計画）次年度の試薬代や国際学会の旅費等に使用したいと考えている．
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