酸化リチウムへの後期遷移金属ドープによる新方式二次電池正極材料の開発

• 研究課題/領域番号: 15K18326
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 小笠原 義之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (10638638)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: エネルギー全般 / 無機工業化学 / 二次電池

研究成果の概要

酸化リチウムのカチオンサイトにコバルト、鉄、銅など後期３ｄ遷移金属を置換した物質を、遊星ボールミルを用いたメカノケミカル反応により合成した。いずれの物質も充放電時に酸化物イオンのレドックスが主反応となる正極材料として機能することを実証した。さらにコバルトをドープした酸化リチウムが炭酸ビニレンによる表面処理により可逆充放電容量が大きく増大することを見出した。炭酸ビニレンで処理したコバルトドープ酸化リチウム正極は400 mAh/gの容量で50回の充放電が可能であった。

研究成果

• [雑誌論文] Cathode Performance of Co-doped Li2O with Specific Capacity (400 mAh/g) Enhanced by Vinylene Carbonate (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Yuki Kubota, Yoshiyuki Ogasawara, Kazuya Yamaguchi, Tetsuichi Kudo, Shin-ichi Okuoka, Hironobu Ono, Koji Yonehara, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 164 号: 4 ページ: A750-A753
  • DOI: 10.1149/2.1291704jes
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Cu-doped Li2O and its cathode properties for lithium-ion batteries based on oxide/peroxide redox reactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Tetsuya Makimoto, Yoshiyuki Ogasawara, Kazuya Yamaguchi, Tetsuichi Kudo, Shin-ichi Okuoka, Hironobu Ono, Koji Yonehara, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 340 ページ: 365-372
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2016.11.050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved performance of Co-doped Li2O cathodes for lithium-peroxide batteries using LiCoO2 as a dopant source (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Yoshiyuki Ogasawara, Kazuya Yamaguchi, Tetsuichi Kudo, Shin-ichi Okuoka, Koji Yonehara, Hironobu Ono, Yasutaka Sumida, Masaharu Oshima, Noritaka Mizuno
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 306 ページ: 567-572
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.12.041
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Charge/discharge mechanism of a new Co-doped Li2O cathode material for a rechargeable sealed lithium-peroxide battery analyzed by X-ray absorption spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogasawara, M. Hibino, H. Kobayashi, T. Kudo, D. Asakura, Y. Nanba, E. Hosono, N. Nagamura, Y. Kitada, I. Honma, M. Oshima, S. Okuoka, H. Ono, K. Yonehara, Y. Sumida, N. Mizuno
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 287 ページ: 220-225
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.04.050
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 高容量コバルトドープ酸化リチウム正極の充放電反応追跡 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小笠原義之，日比野光宏，小林弘明，嶋田裕太，工藤徹一，山口和也，朝倉大輔，奥岡晋一，小野博信，米原宏司，住田康隆，水野哲孝
  • 学会等名: 電気化学会第84回大会
  • 発表場所: 首都大学東京（東京・八王子）
  • 年月日: 2017-03-27
• [学会発表] X-Ray Absorption Spectroscopic Analysis of a Cathode Material for a Rechargeable Battery Using Reactions between Oxide and Peroxide (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Ogasawara, Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Tetsuichi Kudo, Kazuya Yamaguchi, Daisuke Asakura, Shin-ichi Okuoka, Hironobu Ono, Koji Yonehara, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: International Battery Association Meeting 2017
  • 発表場所: Nara Kasugano International Forum (Nara, Nara)
  • 年月日: 2017-03-09
  • 国際学会
• [学会発表] Electrochemical Redox Reactions of Oxygen Species in Solid State Materials and Their Applications to High Energy Rechargeable Batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Hibino, Hiroaki Kobayashi, Yoshiyuki Ogasawara, Tetsuichi Kudo, Kazuya Yamaguchi, Shin-ichi Okuoka, Koji Yonehara, Hironobu Ono, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: International Battery Association Meeting 2017
  • 発表場所: Nara Kasugano International Forum (Nara, Nara)
  • 年月日: 2017-03-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The Charge/Discharge Properties of Copper-Doped Lithium Oxide Cathode for Lithium-Peroxide Batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Tetsuya Makimoto, Yoshiyuki Ogasawara, Kazuya Yamaguchi, Tetsuichi Kudo, Shin-ichi Okuoka, Hironobu Ono, Koji Yonehara, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: International Battery Association Meeting 2017
  • 発表場所: Nara Kasugano International Forum (Nara, Nara)
  • 年月日: 2017-03-07
  • 国際学会
• [学会発表] コバルトドープ酸化リチウム正極のX線吸収分光法による充放電反応解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小笠原義之，小林弘明，日比野光宏，山口和也，工藤徹一，朝倉大輔，奥岡晋一，小野博信，米原宏司，住田康隆，水野哲孝
  • 学会等名: 第57回電池討論会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉・千葉）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] コバルトドープ酸化リチウムの電気化学的酸化還元挙動と高容量充放電特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林弘明，日比野光宏，久保田雄起，小笠原義之，山口和也，工藤徹一，奥岡晋一，小野博信，米原宏司，住田康隆，水野哲孝
  • 学会等名: 第57回電池討論会
  • 発表場所: 幕張メッセ国際会議場（千葉・千葉）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] Electrochemical Redox Reactions of Oxide Ions in Solids and Their Application to High Energy Rechargeable Batteries (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Hibino, Hiroaki Kobayashi, Kosuke harada, Yoshiyuki Ogasawara, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: The 33rd International Korea-Japan Seminar on Ceramics
  • 発表場所: Daejeon (South Korea)
  • 年月日: 2016-11-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 固体内酸化物イオンレドックスを利用した電池の電極材料探索 (2016)
  • 著者名/発表者名: 槇本哲也，日比野光宏，小笠原義之，工藤徹一，奥岡晋一，米原宏司，小野博信，住田康隆，水野哲孝
  • 学会等名: 第6回CSJ化学フェスタ
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京・東京）
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] 酸化物イオンのレドックスを利用した電池正極材料のX線吸収分光法による充放電反応追跡 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小笠原義之，小林弘明，日比野光宏，山口和也，工藤徹一，奥岡晋一，小野博信，米原宏司，住田康隆，水野哲孝
  • 学会等名: 立命館大学SRセンター公開シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（滋賀・草津）
  • 年月日: 2016-11-11
• [学会発表] The Charge/Discharge Properties of Vinylene Carbonate-Treated Cobalt-Doped Lithium Oxide Cathode for Lithium Peroxide Batteries (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Yoshiyuki Ogasawara, Kazuya Yamaguchi, Tetsuichi Kudo, Shin-ichi Okuoka, Koji Yonehara, Hironobu Ono, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: PRiME 2016
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2016-10-06
  • 国際学会
• [学会発表] X-Ray Absorption Spectroscopic Analysis of Cobalt-Doped Lithium Oxide Cathode Material for a Lithium-Peroxide Battery during Charge and Discharge (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Ogasawara, Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Kazuya Yamaguchi, Tetsuichi Kudo, Daisuke Asakura, Shin-ichi Okuoka, Hironobu Ono, Koji Yonehara, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: PRiME 2016
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2016-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] 固体内酸素の関わる電極反応設計と高容量二次電池への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日比野光宏，小笠原義之，水野哲孝
  • 学会等名: 第12回固体イオニクスセミナー
  • 発表場所: 休暇村指宿（鹿児島・指宿）
  • 年月日: 2016-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] 固体内酸化物イオンの電気化学的酸化還元反応と高エネルギー密度電池への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日比野光宏，小笠原義之，水野哲孝
  • 学会等名: 第382回電池技術委員会
  • 発表場所: 安保ホール（愛知・名古屋）
  • 年月日: 2016-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 固体内酸素の関わる電極反応と新しい二次電池への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日比野光宏，小笠原義之，水野哲孝
  • 学会等名: 第74回マテリアルズ・テーラリング研究会
  • 発表場所: 加藤山崎教育基金軽井沢研修所（長野・軽井沢）
  • 年月日: 2016-08-04
  • 招待講演
• [学会発表] コバルトドープ酸化リチウムを正極材料とした高容量リチウムイオン二次電池 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小林 弘明、日比野 光宏、小笠原 義之、山口 和也、工藤 徹一、奥岡 晋一、米原 宏司、小野 博信、住田 康隆、水野 哲孝
  • 学会等名: 電気化学会第83回大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪・吹田）
  • 年月日: 2016-03-29
• [学会発表] Charge/discharge behavior of Co-doped Li2O of a battery utilizing a redox of oxide and peroxide (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kobayashi, Mitsuhiro Hibino, Yoshiyuki Ogasawara, Tetsuichi Kudo, Shin-ichi Okuoka, Hironobu Ono, Koji Yonehara, Yasutaka Sumida, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2015-12-17
  • 国際学会
• [学会発表] Cathode reactions and basic property of lithium peroxide batteries (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Hibino, Hiroaki Kobayashi, Kosuke Harada, Yoshiyuki Ogasawara, Noritaka Mizuno
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2015-12-17
  • 国際学会
• [学会発表] メカノケミカル反応で合成したリチウム銅酸化物中の酸素レドックス反応を利用したリチウム電池正極特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林 弘明、日比野 光宏、小笠原 義之、工藤 徹一、奥岡 晋一、米原 宏司、小野 博信、住田 康隆、水野 哲孝
  • 学会等名: 第41回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] 鉄ドープ酸化リチウム中の酸素レドックスを利用したリチウム電池正極の反応解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田 耕佑、日比野 光宏、小笠原 義之、工藤 徹一、奥岡 晋一、米原 宏司、小野 博信、住田 康隆、水野 哲孝
  • 学会等名: 第41回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道・札幌）
  • 年月日: 2015-11-27
• [学会発表] 鉄ドープ酸化リチウムの酸素レドックス利用型高容量電池正極特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田 耕佑、日比野 光宏、小笠原 義之、工藤 徹一、奥岡 晋一、米原 宏司、小野 博信、住田 康隆、水野 哲孝
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センターウインクあいち（愛知・名古屋）
  • 年月日: 2015-11-13
• [学会発表] 酸素レドックスを利用する過酸化物電池の性能向上に向けたコバルトドープ酸化リチウム正極の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林 弘明、日比野 光宏、小笠原 義之、工藤 徹一、奥岡 晋一、米原 宏司、小野 博信、住田 康隆、水野 哲孝
  • 学会等名: 第56回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センターウインクあいち（愛知・名古屋）
  • 年月日: 2015-11-13
• [学会発表] コバルトドープした酸化リチウムを正極に用いたリチウム過酸化物電池 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小林 弘明、小笠原 義之、日比野 光宏、水野 哲孝
  • 学会等名: 第71回マテリアルズ・テーラリング研究会
  • 発表場所: 加藤山崎教育基金軽井沢研修所（長野・軽井沢）
  • 年月日: 2015-08-06