| 研究課題/領域番号 |
21K18906
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
田中 功 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40155114)
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| 研究分担者 |
金村 聖志 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 教授 (30169552)
丸山 祐樹 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (10782469)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 層状酸化物 / 単結晶リチウムイオン電池 / LiCoO2単結晶 / 電極現象 / 元素置換 / 異方性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、コバルト酸リチウムLiCoO2の特徴であるLi+イオン伝導層とCoO2電子伝導層が積層した構造に着目して、LiCoO2単結晶を用いてリチウムイオン電池の正極としての真の電極現象や電極界面現象を結晶方位および異方性の面から解明する。さらに、c軸方向に厚いLiCoO2単結晶を用いた究極の高配向性な単結晶リチウムイオン電池を開発する。それによって、結晶工学分野と電気化学分野が融合した新規研究分野を開拓する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、層状構造を有するコバルト酸リチウムLiCoO2の異方的な電気的性質を明らかにして、LiCoO2単結晶を用いたリチウムイオン電池の試作を行った。その結果、Mg置換によってLiCoO2単結晶のa軸方向のイオン伝導度1E-5 S/cmが無置換LiCoO2の約18倍も向上することを明らかにした。さらに、約300μmの厚いZr 置換LiCoO2単結晶を正極に用いたコインセルで充放電が確認され電池として機能することが確認された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、Mg置換によってLiCoO2単結晶のa軸方向のイオン伝導度が約18倍も上昇すること、および、Zr置換LiCoO2単結晶において300μmの厚さでも充放電特性を確認できた。このことは、LiCoO2の大きな異方的イオン伝導性や配向性がリチウムイオン電池の特性・性能向上に大きく影響を与えることを示唆している。そして、LiCoO2単結晶の特長を活かすことで、長寿命で高速充電可能な次世代全固体電池の開発に繋がることが期待できる。
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