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全固体電池の高エネルギー密度化に向けたアモルファス遷移金属酸化物正極活物質の創製

研究課題

研究課題/領域番号 18J14547
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
研究機関大阪府立大学

研究代表者

長尾 賢治  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
2018年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
キーワードバルク型全固体電池 / 酸化物 / アモルファス電極 / 低融性酸化物
研究実績の概要

遷移金属酸化物及び低融性リチウム塩からなるアモルファス酸化物正極活物質の開発と、酸化物型全固体電池への応用及びその充放電機構の解析を行った。添加するリチウム塩としてLi2SO4やLi3PO4,Li3BO3,Li2CO3,LiNO3を検討し、イオン・電子伝導性及び成形性の評価を行った。その中でも、Li2SO4を用いた際、成形性とイオン伝導性が高いことがわかり、全固体電池において、最も高容量を示した。
また、遷移金属酸化物として、以前までに検討してきたLiCoO2に加えて、Li2RuO3やLi(NiMnCo)O2(NMC)などを評価した。Ni含量の異なるNMCベースのアモルファス活物質を用いた場合、Ni含量の増大とともに、容量が増大し、最大で250 mAh g-1程度の高容量が得られた。一方で、活物質からの酸素ガス発生が原因で、サイクル特性向上には課題が残っている。またリチウム過剰系活物質であるLi2RuO3をベースとしたアモルファス正極活物質においては、270 mAh g-1の高容量と高サイクル特性を達成した。この高容量は従来のRuのカチオンレドックスに加え、可逆的に酸化物アニオンレドックス反応も進行したために得られていることをXPS,XANES測定を用いて見出した。今回、初めてバルク型全固体電池において、酸化物アニオンレドックスによる高容量発現を達成した。また、充放電時における構造変化をXRD及びTEMを用いて解析したところ、立方晶岩塩型構造とアモルファス構造を可逆的に変化することを見出した。また今回開発したLi2RuO3-Li2SO4系正極活物質を用いたリチウムイオン電池も同様に作製し、その充放電特性を評価したところ、350 mAh g-1の非常に高容量が得られることも分かっている。このように、アモルファス正極活物質は、魅力的な電極材料であることを見出すことができた。

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)
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 8件)

  • [国際共同研究] University of Waterloo(カナダ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Formation of interfacial contact with ductile Li3BO3-based electrolytes for improving cyclability in all-solid-state batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Nagao Kenji、Sakuda Atsushi、Hayashi Akitoshi、Tatsumisago Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources

      巻: 424 ページ: 215-219

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2019.03.083

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fast Cationic and Anionic Redox Reactions in Li2RuO3-Li2SO4 Positive Electrode Materials2019

    • 著者名/発表者名
      Nagao Kenji、Sakuda Atsushi、Nakamura Wataru、Hayashi Akitoshi、Tatsumisago Masahiro
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 2 号: 3 ページ: 1594-1599

    • DOI

      10.1021/acsaem.8b02163

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Amorphous Ni-Rich Li(Ni1-x-yMnxCoy)O2-Li2SO4 Positive Electrode Materials for Bulk-Type All-Oxide Solid-State Batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Nagao Kenji、Sakuda Atsushi、Hayashi Akitoshi、Tsukasaki Hirofumi、Mori Shigeo、Tatsumisago Masahiro
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: - 号: 8 ページ: 1802016-1802016

    • DOI

      10.1002/admi.201802016

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of an Amorphous 80LiCoO<sub>2</sub>·20Li<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> Thin Film Electrode by Pulsed Laser Deposition2018

    • 著者名/発表者名
      NISHIMURA Masaki、NAGAO Kenji、ITO Yusuke、DEGUCHI Minako、SAKUDA Atsushi、HAYASHI Akitoshi、TATSUMISAGO Masahiro
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 86 号: 5 ページ: 246-249

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.18-00021

    • NAID

      130007481433

    • ISSN
      1344-3542, 2186-2451
    • 年月日
      2018-09-05
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Amorphization of Sodium Cobalt Oxide Active Materials for High-Capacity All-Solid-State Sodium Batteries2018

    • 著者名/発表者名
      Nagata Yuka、Nagao Kenji、Deguchi Minako、Sakuda Atsushi、Hayashi Akitoshi、Tsukasaki Hirofumi、Mori Shigeo、Tatsumisago Masahiro
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 号: 20 ページ: 6998-7004

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.8b01872

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Amorphous LiCoO2-based Positive Electrode Active Materials with Good Formability for All-Solid-State Rechargeable Batteries2018

    • 著者名/発表者名
      Nagao Kenji、Nagata Yuka、Sakuda Atsushi、Hayashi Akitoshi、Tatsumisago Masahiro
    • 雑誌名

      MRS Advances

      巻: 3 号: 23 ページ: 1319-1327

    • DOI

      10.1557/adv.2018.161

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Charge-discharge mechanism of all-solid-state batteries using Li2RuO3-Li2SO4 positive electrode active materials2019

    • 著者名/発表者名
      長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、折笠 有基、山本 健太郎、内本 喜晴、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      IBA2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NMC-Li2SO4系正極活物質のメカノケミカル合成と酸化物型全固体電池の構築2018

    • 著者名/発表者名
      長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      第19回化学電池材料研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Novel Li2RuO3-Li2SO4 positive electrode active material for all-solid-state batteries2018

    • 著者名/発表者名
      長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      The 19th International Meeting on Lithium Batteries
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanochemical Synthesis and Characterization of Li2O-B2O3 -SiO2 -P2O5 Glass Electrolytes with the Addition of Lithium Salts2018

    • 著者名/発表者名
      茂野 真成、長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      ICG Annual Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アモルファス Na0.7CoO2-NaNO3系正極活物質を用いた全固体ナトリウム電池2018

    • 著者名/発表者名
      永田 佑佳、長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      第59回電池討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] メカノケミカル法による Li3BN2 窒化物ガラス電解質の作製と評価2018

    • 著者名/発表者名
      茂野 真成、長尾 賢治、出口 三奈子、保手浜 千絵、作田 敦、林 晃敏、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      第59回電池討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Li2RuO3-Li2SO4系正極活物質を用いた全固体電池の充放電反応機構2018

    • 著者名/発表者名
      長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、折笠 有基、山本 健太郎、内本 喜晴、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      固体イオニクス討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] メカノケミカル法によるLi2WO4ベース酸化物型須電解質の作製と評価2018

    • 著者名/発表者名
      林 晃敏、米田 陽平、茂野 真成、長尾 賢治、作田 敦、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Fe-Li2SO4系アモルファス電極活物質の作製と酸化物型全固体電池への応用2018

    • 著者名/発表者名
      作田 敦、徳永 晋也、永田 佑佳、長尾 賢治、林 晃敏、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Amorphous Na0.7CoO2-NaNO3 positive electrode active material with high capacity for bulk-type all-solid-state sodium batteries2018

    • 著者名/発表者名
      永田 佑佳、長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      12th International Conference on Ceramic Materials and Components For Energy and Environmental Applications (CMCEE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mechanochemical synthesis of lithium boronitride glass electrolytes2018

    • 著者名/発表者名
      茂野 真成、長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      12th International Conference on Ceramic Materials and Components For Energy and Environmental Applications (CMCEE2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Bulk-type all-oxide solid-state batteries with amorphous LiNi1-x-yMnxCoyO2-Li2SO4 positive electrode active materials2018

    • 著者名/発表者名
      長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      Third Bunsen Colloquium on Solid-State Batteries
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of the amorphous Li2RuO2-Li2SO4 active materials and their application to all-solid-state batteries2018

    • 著者名/発表者名
      長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、折笠 有基、山本 健太郎、内本 喜晴、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      Kyoto International Forum for Environment and Energy (KIFEE)-10
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Charge-discharge performance of amorphous Na0.7CoO2-NaxMOy positive electrode active materials in bulk-type all-solid-state sodium batteries2018

    • 著者名/発表者名
      永田 佑佳、長尾 賢治、作田 敦、林 晃敏、塚崎 裕文、森 茂生、辰巳砂 昌弘
    • 学会等名
      The 19th International Meeting on Lithium Batteries
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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