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リチウム二次電池用金属間化合物負極の欠陥構造と電極特性

研究課題

研究課題/領域番号 18760525
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 構造・機能材料
研究機関京都大学

研究代表者

岸田 恭輔  京都大学, 工学研究科, 准教授 (20354178)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2007年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
2006年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
キーワード格子欠陥 / 電子顕微鏡 / 構造・機能材料 / 電池材料 / リチウム二次電池 / 金属間化合物材料 / 負極材料 / 機能・構造材料
研究概要

リチウム二次電池の負極材料として,黒鉛負極の約2倍程度の理論放電容量を持つスズやシリコン,アルミニウムを含む金属間化合物系負極材料に期待が集まっている.本研究では,金属間化合物負極へのリチウム挿入脱離反応による構造変化メカニズムと格子欠陥の相関を調べることを通じて,電極の高性能化を目指した基礎研究を行った.六方晶系B8_1-B8_2型構造を基礎とし,空孔規則配列結晶構造を有するNi_3Sn_2単結晶薄板を用いて,電気化学特性と微細構造変化との相関について調べた.Ni_3Sn_2相は組成幅を有し,組成変化に伴って格子定数および空孔規則配列が複雑に変化する.Ni_3Sn_2の六方晶母構造の底面に平行および垂直な試料について,充放電試験を行った場合,化学量論組成の試料では底面に垂直な試料の方が約2倍の高い充電容量を示す.空孔濃度の増加および格子定数の低下が見られるNi-poor組成の試料ではこのような異方性と充電容量が著しく低下する.これらの結果と,TEMによる微細構造観察の結果から,Ni_3Sn_2中ではLi原子は八面体サイトに存在していること,充電容量の結晶方位依存性は,Liの拡散速度の差に起因しているものと結論付けられる.また,充放電特性に及ぼす格子欠陥の影響を見るため,さまざまな熱処理を施したNi_3A1冷間圧延箔への充放電試験を行った結果,1次再結晶終了材,99%冷間圧延材,完全焼鈍材の順で,充放電容量が低下した.微細組織との相関を検討した結果,高エネルギー粒界,格子欠陥がLiの拡散を促進に寄与していると結論付けられる.以上のように,金属間化合物負極ではリチウムの拡散を促進するような結晶構造,格子欠陥構造の制御により,電極特性の向上が期待できることを明らかにした.

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2008 2007 2006

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (6件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Microstructure of the LiCoO_2(cathode)/La_<2/3-x>Li_<3x>TiO_3 (electrolyte) interface and its influences on the electrochemical properties2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida
    • 雑誌名

      Acta Materialia 55

      ページ: 4713-4722

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal and defect structures of La_<2/3-x>Li_xTiO_3(x〜0.1) produced by a melt process2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida
    • 雑誌名

      Journal of Electron Microscopy 56

      ページ: 225-234

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microstructure Evolution during Lithiation and Delithiation of Ni_3Sn_2 Anode for Lithium Secondary Batteries2007

    • 著者名/発表者名
      T. Kosho
    • 雑誌名

      Advanced Materials Research 26-28

      ページ: 225-228

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improvement of Battery Performance by Surface Modification of Crystalline Solid Electrolyte for All Solid-State Lithium Batteries2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida
    • 雑誌名

      ECS Transactions 6

      ページ: 1-4

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influences of Microstructures of the Cathode/Electrolyte Interface on the Electrochemical Properties of All Solid-State Li-ion Batteries2007

    • 著者名/発表者名
      K.Kishida
    • 雑誌名

      Materials Research Society Symposium Proceedings 972

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] LiCoO_2正極/(La,Li)TiO_3固体電解質間の結晶方位関係2006

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔
    • 雑誌名

      まてりあ 45・12

      ページ: 850-850

    • NAID

      10018421888

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 全固体リチウム二次電池における固体電解質-正極界面構造と電池特性2006

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔
    • 雑誌名

      水曜会誌 23・9

      ページ: 1037-1040

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] 全固体リチウム二次電池の 界面ナノ構造設計による電池特性制御2008

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔
    • 学会等名
      日本金属学会2008春期(第142回)大会
    • 発表場所
      武蔵工業大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Ni_<3-x>Sn_2の結晶構造とリチウム二次電池負極特性の組成依存性2008

    • 著者名/発表者名
      小庄孝志
    • 学会等名
      日本金属学会2008春期(第142回)大会
    • 発表場所
      武蔵工業大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of battery performance by surface modification of Crystalline Solid Electrolyte for All Solid-State Lithium Batteries2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kishida
    • 学会等名
      The 211th Meeting of The Electrochemical Society
    • 発表場所
      Chicago, IL, USA
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] La_<2/3-x>Li_<3x>TiO_3/LiCoO_2界面の構造と電気化学特性2007

    • 著者名/発表者名
      岸田恭輔
    • 学会等名
      日本金属学会2007年秋期(第141回)大会
    • 発表場所
      岐阜大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 遷移金属スタナイドの微細構造とリチウム二次電池負極特性2007

    • 著者名/発表者名
      小庄孝志
    • 学会等名
      日本金属学会2007年秋期(第141回)大会
    • 発表場所
      岐阜大学
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Microstructure Evolution during Lithiation and Delithiation ofNi_3Sn_2 Anode for Lithium Secondary Batteries2007

    • 著者名/発表者名
      T. Kosho
    • 学会等名
      The Sixth Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      Jeju Island, Korea
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 固体電解質層およびその製造方法2006

    • 発明者名
      岸田恭輔
    • 権利者名
      国立大学法人京都大学
    • 出願年月日
      2006-08-30
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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