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2019 Fiscal Year Annual Research Report

表面担持を利用したリチウムイオン二次電池の超高速駆動化とその原理解明

Research Project

Project/Area Number 19J15182
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

安原 颯  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Keywordsリチウムイオン二次電池 / 高速駆動化 / エピタキシャル薄膜
Outline of Annual Research Achievements

電極表面に酸化物担持を施したリチウムイオン二次電池では無処理の場合と比較して、高速充電(放電)時においても出力容量の低下を抑えられる事が知られている。しかしながら、現状ではその特性向上原理は解明されていない。そこで申請者は、これまでの研究から得た知見を元に、担持物-正極活物質-電解液の三相界面に電界集中が生じてリチウムイオンの界面移動が促進されているのではないかという予想を立て、界面の違いのみを議論可能とするために高品質単結晶エピタキシャル薄膜を用いて電極を作製し、その上部に様々な材料を堆積させてから正極特性を評価し、表面担持の手法における高速充放電特性向上機構を明らかにしようとした。まず、有限要素法を用いた電磁界シミュレーションにより三相界面での電界集中を可視化し、担持材料の比誘電率によって電界強度が大きく変化することを発見した。シミュレーションの結果と同様に、比誘電率が大きい材料を担持した場合、高速充放電時の出力容量が改善し、リチウムイオンの界面移動抵抗も低減できる事がわかった。さらに、充放電後の薄膜について評価したところ、三相界面付近においてSEIと呼ばれる充放電反応の副反応生成物がほとんど堆積していない事もわかった。イオン伝導の観点から、SEIは固体であるために電解液と比較してそのイオン伝導率は著しく低い事が容易に予想でき、SEIが堆積しにくい状況を実現する事でイオン伝導率の高い電解液が電極と直接接触できるようになることでリチウムイオンの界面移動抵抗が低減できる一つの要因だと理解できる。また、表面担持を施した薄膜では繰り返しサイクル特性も向上しており、この結果は三相界面付近では副反応生成物であるSEIが堆積しにくい状況であるため、充放電を繰り返し行った際も副反応を抑制する事で可逆性を向上できることを示している。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Modulating the Structure and Magnetic Properties of ε-Fe2O3 Nanoparticles via Electrochemical Li+ Insertion2020

    • Author(s)
      Yasuhara Sou、Hamasaki Yosuke、Katayama Tsukasa、Ao Takahiro、Inaguma Yoshiyuki、Hojo Hajime、Karppinen Maarit、Philip Anish、Yasui Shintaro、Itoh Mitsuru
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b03302

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effect of relative permittivity of surface supporting materials for high-speed rechargeable LiCoO2 cathode film2019

    • Author(s)
      Yasuhara Sou、Yasui Shintaro、Teranishi Takashi、Yoshikawa Yumi、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 441 Pages: 227194~227194

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227194

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The effects of BaTiO3 nanodots density support on epitaxial LiCoO2 thin-film for high-speed rechargeability2019

    • Author(s)
      Yasuhara Sou、Yasui Shintaro、Teranishi Takashi、Yoshikawa Yumi、Taniyama Tomoyasu、Itoh Mitsuru
    • Journal Title

      Electrochemistry Communications

      Volume: 109 Pages: 106604~106604

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.106604

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] LiCoO2-BaTiO3-Electrolyte Interface After Electrochemical Treatment2019

    • Author(s)
      ou Yasuhara, Yumi Yoshikawa, Takashi Teranishi, Osami Sakata, Shintaro Yasui, Tomoyasu Taniyama and Mitsuru Itoh
    • Organizer
      STAC-11
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ε-Fe2O3 ナノ粒子への Li+挿入とその磁気物性2019

    • Author(s)
      安原 颯, 濵嵜 容丞, 阿尾 貴博, 稲熊 宜之, 北條 元, 安井 伸太郎, 伊藤 満
    • Organizer
      強的秩序とその操作に関する研究グループ第9回研究会
  • [Presentation] 電気化学的手法により Li 挿入した ε-Fe2O3 ナノ粒子の磁性2019

    • Author(s)
      安原 颯, 濵嵜 容丞, 阿尾 貴博, 稲熊 宜之, 北條 元, 安井 伸太郎, 伊藤 満
    • Organizer
      第80回 応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Investigation of SEI Formation in LiCoO2 Thin Films2019

    • Author(s)
      Sou Yasuhara, Yumi Yoshikawa, Takashi Teranishi, Shintaro Yasui, Tomoyasu Taniyama and Mitsuru Itoh
    • Organizer
      PACRIM13
  • [Presentation] Investigation on the enhancement of chargeability and cycleability at high C-rate by BaTiO3/LiCoO2 epitaxial thin films2019

    • Author(s)
      Sou Yasuhara, Yumi Yoshikawa, Takashi Teranishi, Shintaro Yasui, Tomoyasu Taniyama and Mitsuru Itoh
    • Organizer
      The 22nd International Conference on Solid State Ionics
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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