2018 Fiscal Year Research-status Report
金属欠損を利用した層状酸化物の新たな高容量発現機構の解明
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18K05302
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
石田 直哉 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 講師 (60712239)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池正極材料 / 結晶構造解析 / 局所構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の意義は、新たな理論によって現行のLiイオン電池正極材料よりもエネルギー密度を高めて、かつ安価なMnを利用した新規材料の発見が見込める。その結果、低炭素化社会に向けた次世代Li二次電池の発展に繋がる。そこで本研究の目的は、以下のI.からIII.である。
I. 層状岩塩型ABX2 (A: Liイオン, B: 遷移金属イオンまたはLiイオン, X: 酸化物イオン)において、B層の金属欠損濃度とその欠損分布が電池特性に及ぼす影響を解明する。II. 欠損濃度とその分布を合成手法によって制御する技術を確立する。III. ABX2型化合物における最も電気化学特性に優れた物質を明らかにする。
平成30年度の実施状況は、実施計画に従い実施した。まず、前駆体として、化学式をxNa2Mn3O7－(1-x)Na2/3MeO2 (Me: Mn, Ni, Ti)で表現される物質においてx = 0.7, 0.8, 0.9の合成を行った。得られた試料をNa/Liイオン交換することによってLiイオン電池正極材料とした。各試料は、金属欠損を含めた化学式の決定に成功した。いずれの試料も放射光X線回折と中性子回折データを用いて結晶構造解析を実施して、構造精密化が行われた。X = 0.7の試料は、放射光X線全散乱データの取得に成功して、PDF解析によって局所構造を解析した。正極特性は、いずれの試料についても実施して、xの値と共に特性が異なることが確かめられた。
以上の結果から、xの増加と共に欠損量が増加して本研究課題の仮説を支持しているが、電気化学特性に優れた最適な物質を創成するための情報を得るためには、xの値を今年度の3水準から増やすことで明らかになると考えられる。
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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
本研究の実施期間は、3年間であることから、目的とする試料体系の10試料は各年度で3試料を平均して進める予定であった。平成30年度の成果として、3試料を予定した解析の大変を終えることに成功した。不足の実験として、局所構造解析のみがあげられるがSPring-8のマシンタイムに依存するものであり、より長いマシンタイムを今後申請することでこの問題は解決できる。また、解析に要する時間は、基準となる1試料目の解析が最も長く、2試料以降は得られた知見から解析時間の短縮が見込める。つまり、2年目以降では研究の進捗速度が妥当に加速されることが見込めていることから、「おおむね順調に進展している」と判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の予定は、当初の研究計画通りであり、引き続き最適組成を導出するため、新たな試料合成を推進することと、得られた試料の化学分析、結晶・局所構造解析、電気化学特性の評価を行っていく。
試料合成の方針は、初年度は金属欠損を増やすことを目的としたが、徐々に減らす方針で研究を進める。すなわち、x = 0.6, 0.5, 0.4について研究を行う。いずれの試料も新しい化学組成であるため、目的とする物質を合成することができるかが新たな課題となることが想定される。既に、合成条件に関する知見は予備実験によって収集してきたため、新規組成の合成に関する新たな課題は容易に解決されると考えている。電気化学特性の評価により、放電容量だけではなく、二次電池として重要なサイクル特性にも焦点を当てて評価を行う。
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| Causes of Carryover |
電気化学特性評価に用いる三極式セルが、2019年度に新製品に更新される。それに伴い旧製品と新製品で仕様変更が予測されるため、今後の継続的な研究を考慮すると、新製品に統一して測定を行う必要がある。そのため、2018年度の購入ではなく2019年度の購入が適切であり、それに付随した金額分について次年度使用額が増加した。
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Research Products
(5 results)
