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ガラス正極活物質による次世代蓄電デバイス開発とハイブリッドガラス伝導体の創製

研究課題

研究課題/領域番号 15J00795
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 無機材料・物性
研究機関長岡技術科学大学

研究代表者

富樫 拓也  長岡技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2017-03-31
研究課題ステータス 採択後辞退 (2016年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードリチウム鉄ケイ酸塩ガラス / ガラス正極 / リチウムイオン二次電池 / 電池特性 / 電気化学特性 / ガラス構造
研究実績の概要

本研究では、通常の固相法などと比較して、簡便に作製可能な”ガラス”を溶融法により作製し、結晶の概念に縛られない新規ガラス活物質の提案・実証をすることを目標とした。
本年度では、リチウム鉄ケイ酸ガラス正極の創製、ならびにガラス構造と電気化学特性の関係の解明を試みた。ガラス構造との関係を明らかにするために、下記のガラス、ならびにガラス中のFe3+の還元を施したガラスを作製した。調査組成は、それぞれ40Li2O-10Fe2O3-50(SiO2,B2O3,P2O5) (mol%,415LFS,415LFB,415LFP)とした。今回、全てのガラスにおいてFe3+のFe2+への還元により、密度(充填率)および電気伝導に関する活性化エネルギーは増加し、室温(25oC)における電気伝導度は低下することを確認した。この理由は、還元熱処理によるガラス構造([FeOx]n-の配位数)変化によることを明らかにした。また、電池特性に関しては、415LFS、415LFBにおいて還元熱処理による放電容量の向上を確認した。これは、還元によるガラス構造変化(6配位Fe2+の増加)により、Fe2+の第2近接にLi+が存在する割合が増加したためであると。一方で、415LFPにおいては還元熱処理により放電電圧が向上しており、リン酸ガラス構造がQ2構造から主にQ1およびQ0構造に変化したことが影響した。以上より、ガラス構造と電気化学物性の関係を明らかにした。加えて、リチウム鉄ケイ酸ガラスがガラス状態のまま充放電反応に寄与していること、充放電反応時の電荷補償はガラス中のFe2+/3+が担うことを明らかにし、リチウム鉄ケイ酸塩ガラスがLIB正極として利用可能であることを初めて明らかにした。また、フッ素置換に伴う影響についても明らかにした。
本年度実績としては、国内学会2件・国際学会3件(内受賞1件)に参加し、論文1報を執筆した。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Electrochemical performance as cathode of lithium iron silicate, borate and phosphate glasses with different Fe2+ fractions2016

    • 著者名/発表者名
      T. Togashi, T. Honma, K. Shinozaki, T. Komatsu
    • 雑誌名

      J. Non-Cryst. Solids.

      巻: 436 ページ: 51-57

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2016.02.001

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Preparation and battery performance of lithium-iron-fluorosilicate glass cathode2016

    • 著者名/発表者名
      T. Togashi, K. Shinozaki, T. Honma, T. Komatsu
    • 学会等名
      40th International Conference & Exposition on Advanced Ceramics and Composites
    • 発表場所
      Daytona Beach (USA)
    • 年月日
      2016-01-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of lithium-iron-fluorosilicate glass cathodes and their battery performance2015

    • 著者名/発表者名
      T. Togashi, K. Shinozaki, T. Honma, T. Komatsu
    • 学会等名
      The 32nd International Japan-Korea Seminar on Ceramics
    • 発表場所
      Nagaoka (Japan)
    • 年月日
      2015-11-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フッ素置換によるリチウム鉄珪酸ガラスの電気化学特性の向上2015

    • 著者名/発表者名
      富樫拓也、篠崎健二、本間剛、小松高行
    • 学会等名
      第56 回 ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 発表場所
      ウインクあいち(愛知県)
    • 年月日
      2015-11-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of lithium-iron-fluorosilicate glass cathodes and those electrochemical properties2015

    • 著者名/発表者名
      T. Togashi, T. Honma, K. Shinozaki, T. Komatsu
    • 学会等名
      11th International Symposium on Crystallization in Glasses and Liquids
    • 発表場所
      Nagaoka (Japan)
    • 年月日
      2015-10-11
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フッ素置換リチウム鉄ケイ酸塩ガラス正極の作製と電気化学特性評価2015

    • 著者名/発表者名
      富樫拓也、篠崎健二、本間剛、小松高行
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第28 回秋季シンポジウム
    • 発表場所
      富山大学 五福キャンパス(富山県)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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