2015 Fiscal Year Research-status Report
リチウム二次電池におけるマンガンベース正極材の電極反応メカニズムの解明
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25410256
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小澤 清 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電池材料ユニット・二次電池材料グループ, 主席研究員 (90343855)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | リチウム二次電池 / マンガンベース正極材 / 電極反応メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウム二次電池におけるマンガンベース正極材は、高い電位、大きな充放電容量をもち、安全性、コストの面でも優れた正極材である。しかし、その実用化に当っては、電池反応メカニズムの解明が必要となっている。本研究では、TEM測定などによって各充放電レベルでの構造を明らかにし、その結果を基にマンガンベース正極材の電極反応を解明することを目的とした。
平成27年度、Ni添加型リチウム過剰マンガン系層状化合物(Li[Lix/3Ni1-xMn2x/3]O2)、Li2MnO3を対象に研究を行い、以下の成果を得た。
i) Ni添加型リチウム過剰マンガン系層状化合物の充放電容量はNi添加量に大きく依存し、Li1.25Ni0.125Mn0.625O2の組成をもつ化合物が最も大きな充放電容量(280 mAhg-1)を示すことを見出した。また、この系での電池特性が、充放電に伴って起こる粒子内部でのNiイオンの拡散と関連していることを明らかにした。しかし、これに関して、定量的な考察は不十分であり、平成28年度では、詳細なTEM観察を行っていく予定である。
ii) Li2MnO3の電池活性について速度論的な考察を行った。Li2MnO3の電池特性で観測される充放電容量の増加が、充電プロセスで起こる速い酸素生成反応と関連しているという知見を得た。
上記i)、ii)の成果は下記の3報の雑誌論文として出版した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、充放電に伴う構造の不均一化あるいは遷移金属イオンの拡散に関する知見を得るために、TEMあるいはSTEM測定による原子レベルでの微細構造解析が不可欠である。これらの測定は、研究代表者の所属する物質・材料研究機構の共用設備の装置を利用して実施してきた。しかし、平成27年度、外部利用者の増加によって、その使用にかなりの制限があった。このために、特に微細構造解析に関して、定量的な考察が十分に達成できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
物質・材料研究機構の共用設備の装置を利用した微細構造観察、及びJ-PARCでの中性子回折実験を推進していく。ここでは、NiあるいはCo添加型リチウム過剰マンガン系層状化合物について、Ni添加量、Co添加量と関連させた微細構造観察及び構造解析を実施していく。
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| Causes of Carryover |
主として、物質・材料研究機構の共用設備装置の測定時間の削減、及び中性子回折(J-PARC)でのトラブルによるマシンタイムの削減による実験の遅延のため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記実験のための装置使用料及び国内旅費に使用し、さらに、海外機関でのセミナー参加のための海外旅費として使用する予定でいる。
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