2021 Fiscal Year Annual Research Report
リチウムイオン電池用高エネルギー密度正極に特異的な表面劣化現象の解明
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19K15680
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
稲本 純一 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20816087)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 正極活物質 / 表面状態 / 劣化解析 / 添加剤 / 表面被膜 / アニオンレドックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代リチウムイオン電池用にはLiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）やLi過剰系正極材料などの高エネルギー密度正極活物質が期待されている。LNMOは高い充放電電位が長所であるが、高電位では電解液が激しく酸化分解することが指摘されている。このような酸化分解生成物は活物質上に被膜を形成し反応抵抗の増大などの劣化や以後の界面副反応に影響を与える可能性があるが、その被膜形成挙動やその電極特性への影響は従来不明確であった。またLi過剰系材料では構造中の酸素イオンの酸化が起こり、それにより発生する酸素が電解液を化学的に酸化することも報告されている。本研究ではこれらの高エネルギー密度正極活物質の表面域で起こる劣化現象を明らかにすることを目的とし、薄膜電極を作製して充放電サイクル前後での表面状態変化を分光分析と電気化学的分析を組み合わせることで解析を行った。
前年度までにLNMO薄膜のサイクル劣化挙動の温度依存性を調べた。その結果、高温下では特に顕著に劣化が進行することが明らかとなり、また被膜形成も起こらないことが明らかとなった。これに対してEGBE添加剤を用いた場合にはサイクル劣化が大幅に抑制されることが明らかとなった。一方で被膜形成は起こっておらず、EGBEの劣化抑制効果は従来報告されていた被膜形成によるものではなく、EGBEが高電位で正極表面に吸着されることで電解液の酸化分解を抑制したことが明らかとなった。この内容はJournal of Electrochemical Society誌に投稿・出版を行った。
本年度は高電位で活性酸素を放出することが知られているLi1.2Co0.4Mn0.4O2の表面状態変化を調べた。その結果、高電位での酸素発生に伴い被膜形成が起こることを明らかにした。また酸素発生とともに高電位での電気化学的な電解液分解も被膜形成挙動に影響することを明らかにした。
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