2021 Fiscal Year Annual Research Report
遷移金属酸化物における局所構造の乱れとマルチキャリアダイナミクス
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19K05003
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
中村 浩一 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20284317)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
犬飼 宗弘 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60537124)
森賀 俊広 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90239640)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | Liイオン拡散 / NMR / 電気伝導度 / 輸率 / チタン酸リチウム / チタン酸ナトリウム / 鉄リン酸リチウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオン２次電池電極材料は最近の再生可能エネルギーの普及・安定化の観点からより一層重要性を増しており、その次世代材料開発は喫緊の課題となっている。酸化物においてイオン伝導、電子・ポーラロン伝導は独立に議論されることが多いが、電極材料ではイオン伝導と電子伝導性が同時に必要でその挙動の理解が重要である。
本研究では、電極材料において、①イオン/ポーラロン伝導の作用、②Li+/Na+イオンの相関した拡散を利用したイオン伝導性の発現や向上、③伝導の向上拡散場としての局所構造とイオン機能の発現を原子レベルで明らかにすることが必要不可欠であることから、今回はLi及びNaを含む2次元層構造酸化物であるチタン酸リチウム（LTO）、チタン酸ナトリウム（NTO）、オリビン型鉄リン酸リチウム（LFP）の結晶構造と電気伝導挙動について知見を得ることを目的とした。
リチウムイオン2次電池の負極材料LTOの酸素欠損と正極材料LFPのミリングによる結晶構造の局所変化およびLiイオン拡散挙動について、XRD、電気伝導度、輸率、比熱などから調べた。令和2年度までにおいて、輸率測定装置の整備を終え、輸率測定により空気下で焼成したLTOのイオン輸率は約0.96、電子輸率は0.04であり、10時間までのメカニカルミリング処理に対して輸率、活性化エネルギーに変化は見られなかった。
令和3年度は、LTOを真空下で焼成し酸素空孔を生成させ、結晶構造及び電気伝導特性の変化を調べた。真空焼成したLTO-VのTG測定から酸素欠損量は約0.95％、イオン輸率0.65と電子輸率0.35となり、酸素欠損により電子伝導の寄与が見られた。LFPの空気下での輸率は、400Kでイオン輸率0.10、電子輸率0.90であり、650Kではイオン輸率0.78、電子輸率0.22となり、高温でイオン運動が顕在化することがイオン輸率の増大からも明らかになった。
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