Clarification of lithium-ion migration process in blended cathode of lithium-ion battery
| Project/Area Number |
20H02854
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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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, エネルギートランスフォーメーション研究本部, 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, エネルギートランスフォーメーション研究本部, 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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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥13,910,000 (Direct Cost: ¥10,700,000、Indirect Cost: ¥3,210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 混合正極 / 電池劣化 / XAFS測定 / XRD測定 / スピネル酸化物 / 層状酸化物 / 充放電試験 / 界面反応 / X線吸収微細構造測定 / X線回折測定 / 第一原理計算 / 無機固体化学 / LiMn2O4 / マンガン溶出 / 劣化機構 / 固体化学 |
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| Outline of Research at the Start |
市販リチウム電池の正極には、二種類の酸化物正極（LiMn2O4(LMO)と層状酸化物LiMO2(M=Ni,Co,Mnなど））が利用され、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している。この混合効果はLMOからMnイオンの溶出抑制である。しかし、Mnイオン溶出の抑制機構は未だ解明されていない。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）におけるイオン拡散に着目し、この未解決の反応機構を解明することを目的とした。この反応機構の解明から、正極材料の新しい開発指針の探求につなげ、学術的アプローチから産業技術の革新につなげていく。
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| Outline of Annual Research Achievements |
市販リチウム電池の正極には、二種類の酸化物正極（スピネル酸化物LiMn2O4(LMO)と層状酸化物LiMO2(M=Ni,Co,Mnなど））が利用され、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している。この混合効果は、LMOからMnイオンの溶出抑制であり、Mnイオン溶出につながる電解液中で発生したHFを、LiMO2が補足している反応機構が報告されている。しかし、電解液中に発生したHFが、LMOより優先してLiMO2と反応する理由は見当たらず、Mnイオン溶出の抑制機構は未だ解明されていない。
そこで本研究の目的は、LiMO2を混合することでLMOの充放電サイクル特性が向上する詳細な機構を解明することである。
LMO、LiMO2およびLMOとLiMO2の混合正極を用いたセルを作製し、充放電サイクル試験を実施した。LMOおよびLiMO2のセルにおける容量Qを電圧Vで微分したdQdV曲線は、いずれの正極でもVに対してピーク強度は低下したものの、充放電サイクル前後でピーク形状に大きな変化は見られなかった。一方混合正極のセルでは、充放電サイクル試験によりLiMO2に由来するピークがほとんど見られなくなり、また混合正極の未劣化セルより低い電圧に、新しいピークが観察された。充放電サイクル試験を実施した混合正極のX線回折測定を実施して、LiMO2由来の回折線がブロード化していることがわかった。さらにX線吸収微細構造測定を実施して、LiMO2の低価数化が起こっていることが分かった。
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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
劣化した混合正極における電気化学的および分光的分析を実施し、混合正極特有の挙動を捕まえることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気化学的および分光的分析結果から混合効果を明らかにできる追加の実験および理論的考察を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(7 results)
