リチウムイオン電池のためのコンポジット正極材の開発とそれらの電池特性解明

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22550169
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 小澤 清 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (90343855)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茂筑 高士 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (20354293) ; 藤井 宏樹 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (80354306)
• Project Period (FY): 2010-10-20 – 2013-03-31
• Keywords: リチウムイオン電池 / コンポジット正極材

Research Abstract

Li2MnO3及びLi2MnO3-LiCoO2 固溶体正極材の充放電サイクルに伴う構造変化を調べた。測定では、これまでのXRD、高分解能TEM、及び中性子回折に加え、平成25年度はSTEMによる観察も実施した。Li2MnO3、Li2MnO3-LiCoO2 固溶体正極材ともに、充放電サイクルが進むにつれて、粒子表面で、MnサイトにLi原子が挿入する現象が見られた。この現象は、固溶体系で特に多く観測され、Co原子が影響を与えているものと予想できた。Li原子の挿入は充放電条件とも関係し、サイクル回数が増すほど、あるいは充放電の上限電位が上がるほど、より粒子内部まで観察された。一方、Li2MnO3、Li2MnO3-LiCoO2 固溶体正極材ともに、充放電サイクルに伴い、単斜晶構造(C2/m)の他、スピネル構造(Fd-3m)、及び菱面体構造(R-3m)構造の生成・共存が確認できた。
Li2MnO3におけるR-3m構造の生成は、充放電に伴う酸素欠損反応が関係していると予想される。しかし、その生成メカニズムの解明には、酸素欠損に関する定量的なデータが必要である。今後、研究代表者らは、中性子回折データを基に酸素欠損に関する定量的考察を実施し、Li2MnO3の酸素欠損と構造との関連を明らかにしていく。
本研究で得た結果は、マンガンベースコンポジット正極材の電極反応メカニズムの解明、さらには実用化という観点にも寄与するものと期待できる。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Band structure, magnetic, and transport properties of two dimensional Compounds Sr2-xGdxCoO4 (2013)
  • Author(s): Q. W. Yao, X. L. Wang, H. Kimura, S. X. Dou, K. Konstantinov, Z. X. Cheng, F. Hong, H. Y. Zhao, and K. Ozawa
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 113 Pages: 17B522-1-3
  • DOI: 10.1063/1.4799780
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electron diffraction and high-resolution electron microscopy studies on layered Li2-d(Mn1-xCox)1+dO3 (2013)
  • Author(s): Hiroki Fujii, Kiyoshi Ozawa, and Takashi Mochiku
  • Journal Title: Journal of Solid State Chemistry Volume: 203 Pages: 345-352
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2013.043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polypyrrole-coated a-LiFeO2 nanocomposite with enhanced electrochemical properties for lithium-ion batteries (2013)
  • Author(s): Zhi-jia Zhang, Jia-Zhao Wang, Shu-Lei Chou, Hua-Kun Liu, Kiyoshi Ozawa, and Hui-jun Li
  • Journal Title: Electrochimica Acta Volume: 108 Pages: 820-826
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2013.06.130
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electrode Properties of Li2MnO3 (C2/m) for a Lithium-Battery Cathode in Several Charge-Discharge Potential Ranges (2013)
  • Author(s): Yasuhiro Nakao, Kiyoshi Ozawa, Hiroki Fujii, Takashi Mochiku, Hideo Iwai, Yoshinori Tsuchiya, and Naoki Igawa
  • Journal Title: Trans. Mat. Res. Soc. Japan Volume: 38 Pages: 229-233
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hollow Structure Li3VO4 Wrapped with Graphene Nanosheets in Situ Prepared by a One-Pot Template-Free Method as an Anode for Lithium-Ion Batteries (2013)
  • Author(s): Yi Shi, Jia-Zhao, Shu-Lei Chou, David Wexler, Hui-Jun Li, Kiyoshi Ozawa, Hua-Kun Liu, and Yu-Ping Wu
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 13 Pages: 4715-4720
  • DOI: 10.1021/nl402237u
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural Variation of Li2MnO3 (C2/m) in Several Charge-Discharge Potential Ranges (2014)
  • Author(s): Kiyoshi Ozawa, Yasuhiro Nakao, Yoshihiro Nemoto, Hiroki Fijii, Takashi Mochiku, Yoshinori Tsuchiya, and Naoki Igawa
  • Organizer: APEnergy 2014
  • Place of Presentation: Brisbane Convention Centre (Brisbane, Australia)
  • Year and Date: 20140205-20140208