Development of novel carbides anode for next-generation batteries with high-cost performance

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K05651
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 喜多條 鮎子 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (50446861)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Liイオン電池 / 炭化鉄 / 負極

Outline of Annual Research Achievements

Liイオン二次電池は、高いエネルギー密度を有する反面、その安全性は十分に確保できていないというのが現状である。安全性の向上を目指し、Li金属析出電位よりも高い作動電圧を有する新規負極材料の開発に取り組んだ。本課題では、鉄鋼の強度にも寄与する炭化鉄の合成方法の確立及び、その充放電反応機構の解明を進め、新規カーバイト負極の設計・開発の糸口を見出すことを目的としている。特に、Fe3Cは、硬く、電極材料として利用するためには、最適な粒子サイズとするために、メカニカルミリングのような物理的な粉砕が利用しづらい。そのため、工業化に向けたFe3C単相合成手法の開発についても検討を行った。
その結果、酸化鉄と炭素源と混合し、焼成する際に、徐冷ではなく急冷する必要があることが明らかとなった。特に酸化鉄を強い還元状態で急冷した場合には、結晶性の高いFe3Cが生成することが明らかとなったが、酸化鉄と炭素源のみでの焼成および、急冷だけでは、Fe3Cではなく、金属鉄の炭素複合化試料が生成することが明らかとなった。