2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fast ionic conductors for next generation batteries by using soft and giant closo-ions
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18H03832
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高村 仁 東北大学, 工学研究科, 教授 (30250715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
及川 格 東北大学, 工学研究科, 助教 (40733134)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン伝導体 / クロソイオン / 高圧合成 / 核磁気共鳴 / リチウム二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は巨大陰イオンとして[B12H12]2-を対象とし、まず大量合成に適したホットプレス法によるLi2B12H12の合成を試みた。昨年度の研究により、高圧合成で不定比性が制御されたLi2B12H12が得られた。しかし、高圧合成法はコストが高く、1回の合成量も数百mgに限定される。そこで今後の電池作製を見据えて、圧力領域は低いものの大量合成が可能で同様に密閉空間となるホットプレス法を適用した。原料の分解を防ぐために試料合成、セルの組み立てはアルゴン雰囲気のグローブボックス中で行われた。原料にはテトラホウ酸リチウムLiBH4(純度95%以上)、デカボランB10H14(純度98%)を用いた。そのモル比が2:1となるようにアルミナ乳鉢で約10分間手混合し、一軸油圧プレス機でペレット状に圧粉後、ホットプレス装置に供された。合成は1）200℃で6時間、2）350℃で6時間、3）200℃で4 時間保持後に350℃で2時間保持の3種類の条件で試された。ホットプレス時の圧力は100 MPaとした。ラマン分析から200℃は合成温度として不十分であり、350℃ではLi2B12H12が主相として確認できたが、B10H14の揮発が高圧合成ほどには抑制できず、原料のLiBH4が残存した。より密閉度の高い試料ジグを利用することで、ホットプレス法によりLi2B12H12が合成できると考えられる。また、高圧合成法によりメチルアンモニウムイオンの置換も試みた。ドーパントの原料としてメチルアミン塩酸塩CH3NH3Cl(純度98%以上)を用いた。粉末XRDならびにDSC測定から巨大なカチオンであるCH3NH3+がLi+と置換可能であることが確認された。また、PLD法により酸化物正極材料の合成、酸化物（BaTiO3）に巨大な水素化物イオンが複合状態で置換できることも明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
全固体電池の作製を指向した大量合成法の適用、巨大なカチオンであるメチルアンモニウムの置換の確認等、実施計画通り研究を展開している。また、還元性の強い固体電解質に適した正極材料の作製も開始するなど新たな展開も得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究により、Liサイトに巨大なメチルアンモニウムが置換可能であることが確認されたが、その電気伝導度や熱的安定性などについては、今後詳細な研究が必要である。また、PLD法による正極材料の検討に加えて、高圧合成を活用して本材料系に適した対還元性の高い新たな正極材料の開発にも取り組む必要がある。さらに、酸化物（BaTiO3）に巨大な水素化物イオンが複合状態で置換できることも明らかとなったため、今後は酸水素化物や酸化物との複合化の検討も実施する予定である。
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