2020 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of lithium-ion migration process in blended cathode of lithium-ion battery
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20H02854
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| Research Institution | Central Research Institute of Electric Power Industry |
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Principal Investigator |
小林 剛 一般財団法人電力中央研究所, 材料科学研究所, 主任研究員 (00637994)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大渕 博宣 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用・産学連携推進室, 技術員 (40312996)
大沼 敏治 一般財団法人電力中央研究所, 材料科学研究所, 上席研究員 (50371290)
本間 徹生 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 産業利用・産学連携推進室, 主幹研究員 (50443560)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / LiMn2O4 / 混合正極 / マンガン溶出 / 劣化機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
市販リチウム電池の正極には、スピネル構造の酸化物（LiMn2O4(LMO)と層状酸化物LiMO2(M=Ni,Co,Mnなど））を混ぜた混合正極が利用されることがあり、層状酸化物の混合によりLMOの充放電サイクル特性が改善されている。この混合効果はLMOからのMnイオン溶出の抑制であるが、Mnイオン溶出の抑制機構は詳細に明らかにされていない。そこで本研究では、二つの酸化物正極の二相界面（固固界面または電解液を介した固液界面）におけるイオン移動に着目し、この反応機構を解明することを目的としている。LMO、層状酸化物、混合正極に対して、電子顕微鏡、蛍光X線分析、X線回折測定、X線吸収微細構造測定、ICP発光分析、および電気化学測定を実施する。さらにX線吸収微細構造スペクトルに対して、第一原理計算によって得られた計算スペクトルと比較して、構造モデルによるスペクトル解釈を実施し、多角的な分析・解析により研究を進める。
2020年度では、LMOおよび層状酸化物LiNi0.8Co0.2O2を合成し、各単体活物質および混合活物質を使って塗布電極を作製して、それらのハーフセルの充放電サイクル試験を50℃または60℃で行った。層状酸化物を混合することで、LMO由来のサイクル容量維持率が向上していることを確認できた。さらにLMO単体で充放電した場合、Mnイオンが溶出したLMOの構造変化をX線吸収微細構造測定から明らかにできた。
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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
計画通りに、LMOと層状酸化物の合成、混合正極の作製、充放電サイクル試験、容量低下した各正極を用意できた。さらにLMO単体のMn溶出過程も確認できた。2021年度以降、それらの試料を用いて、構造変化の測定を実施できると見通している。そのため、本研究は、「おおむね順調に進展している」と考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の計画では、容量低下した各単体正極および混合正極に対して、X線回折測定、X線吸収微細構造測定、蛍光X線分析、ICP発光分析および顕微鏡観察を行い、容量低下と解析結果の相関を得る。その相関から、劣化因子を抽出して、反応機構の解明に取り組む。
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