| 研究課題/領域番号 |
19K15658
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
田港 聡 三重大学, 工学研究科, 助教 (60771201)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | リチウム二次電池正極材料 / 固体電解質 / 薄膜電池 / リチウム二次電池 / 正極材料 / パルスレーザー堆積法 / 薄膜 / 反応解析 / 反応機構解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
固体界面を利用して複数当量のLi+を可逆的に脱挿入させるLi二次電池正極反応を見出し，高容量を安定に取り出すことで高エネルギー密度化に繋げる．本研究では，従来正極に無い4当量以上のLi脱離反応を示すが，反応性の高い有機電解液との副反応で分解するため，放電時のLi挿入量が少ないLi5FeO4正極に着目した．パルスレーザー堆積法を用いた薄膜合成により，電位窓が広く，化学的安定性が高い酸化物固体電解質と正極との固体界面を構築し，電気化学特性と反応前後の構造を評価することで，不可逆反応が抑制され，放電時も可逆的にLiを挿入できる正極反応を明らかにする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，固体界面を利用して複数当量のLi+を可逆的に脱挿入させるリチウム二次電池正極反応を見出すため，モデル積層膜合成により固体電解質とLi5FeO4との固体界面を構築して正極反応を検討した.パルスレーザー堆積法で，Li/Fe比が5.3である薄膜正極の作製に成功した.Li3PO4を積層した薄膜電極の充放電特性は，積層無しと比べて，初回充放電反応におけるクーロン効率が向上した.Li3PO4の積層による固体界面の構築で，高容量正極活物質の脱挿入反応の可逆性が向上することを見出した.固体界面の形成により，電解液・正極界面の電池系とは充放電反応機構が変化したことが示唆される.
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Li5FeO4は，初回充電時に従来正極の4倍以上の高容量を示すが，充電時のLi脱離以外に反応性の高い有機電解液との副反応で不可逆な酸素脱離が進行して分解するため，放電時に容量が取り出せない点が課題であった．本検討により，Li3PO4の積層による固体界面の構築で，高容量正極反応の可逆性が向上することを見出した.正極材料の高容量化に向けた材料探索や反応機構の制御指針を得ることに貢献し，リチウム二次電池の高エネルギー密度化に繋がると考えられる．
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