2013 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ接合界面制御による電子導電性の改善とリチウム二次電池正極材料へのその応用
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24360405
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
谷口 泉 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (00217126)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ケイ酸マンガンリチウム / 噴霧熱分解法 / ボールミル粉砕法 / 正極材料 / リチウムイオン二次電池 / ナノ接合界面 / ナノ複合体 / ナノ構造材料 |
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| Research Abstract |
研究代表者の研究室でこれまでに開発した低温噴霧熱分解法とボールミル粉砕法を組み合わせた独自の合成法を用いて、LiMnSiO4/Cナノ複合体の合成を、噴霧熱分解温度、粉砕速度、粉砕時間、粉砕後に添加するショ糖溶液(カーボン源)の濃度、粉砕混合処理後の焼成温度を変えて行った。その結果、それらの操作条件を最適化することにより、不純物相を含まない目的物質(LiMnSiO4/Cナノ複合体)を合成することができた。この試料の粒子形態をSEMで観察したところ、100 nm以下のLiMnSiO4一次粒子の凝集体であった。また、TEM-EDS分析により、カーボンの分布状態を観察したところ、凝集体表面にカーボン層が形成されていることを確認した。さらに、ショ糖溶液の濃度を変えることで、Li2MnSiO4凝集体表面に形成されるカーボン層の厚みが変化することを明らかにした。
様々な合成条件で得られたLi2MnSiO4/Cナノ複合体材料を正極活物質として用い、負極にリチウム金属を用いたハーフセルを作製し、まず、室温でリチウム二次電池特性を調べた。その結果、ショ糖水溶液の濃度が0.1 mol/Lの条件で合成された試料は0.05Cの充放電速度において 184 mAh/gの初期放電容量を得ることが出来た。さらに、60℃での電池性能評価においては、225 mAh/gの初期放電容量を得ることができた。これらの放電容量は、明らかに1モル電子以上の酸化還元反応が起きていること、即ちMn4+⇒Mn3+の還元反応が起きていることを示唆するものである。
今回、カーボン源としショ糖を用いたが、これにより、電極内のカーボン量を約11 wt%まで減らすことができ、その時の初期放電容量も室温での評価で184 mAh/g、60℃で225 mAh/gであり、大きな初期放電容量を得ることができた。
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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
研究を始めるにあたり、強固な研究基盤を有していたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、計画通り研究は進んでいるが、Li2MnSiO4/Cナノ複合体電極のサイクル劣化の問題はまだ解決できていない。
この問題は、関連するこれまでの研究報告でも見られるものであり、この材料が有している結晶構造の弱さに起因しているものと考えられる。そこで、今年度はMnの一部をFeで置換することで、サイクル特性の問題解決を試みる。また、今回の研究により開発されたエアロゾルと粉体技術を融合させたナノ複合体材料の合成法は、他の電極材料の合成にも適用することができる。そこで、今年度は、Li2FeP2O7やLiFeBO3等の正極材料について、炭素とのナノ複合体材料の合成についても、時間があれば検討する予定である。
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