リチウムイオン電池用固体電解質としての錯体水素化物の機能化と新規電極材料の開発

• 研究課題/領域番号: 22760529
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 松尾 元彰 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (20509038)
• 研究協力者: 大口 裕之 東北大学, 大学院・工学研究科, 特任助教 (40570908) ; 佐藤 豊人 東北大学, 金属材料研究所, 博士研究員 (20455851) ; 千星 聡 東北大学, 金属材料研究所, 講師 (00364026) ; 池庄司 民夫 東北大学, 金属材料研究所, 客員研究員 (10356420) ; 前川 英己 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (60238847) ; 高村 仁 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (30250715) ; 折茂 慎一 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40284129) ; 池田 一貴 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 特任准教授 (80451615) ; 大友 季哉 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 教授 (90270397) ; 李 海文 九州大学, 水素エネルギー国際研究センター, 准教授 (20505771)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2011年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2010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: 水素 / 水素化物 / エネルギー / リチウムイオン伝導 / 固体電解質 / 錯体水素化物 / ナトリウムイオン伝導 / 全固体電池 / イオン液体

研究概要

リチウムイオン電用固体電解質としての錯体水素化物の機能化とそれに適した新規電極材料の開発に関する研究を実施した。LiBH_4のLi+ イオンおよび[BH_4]-錯イオンへの陽・陰イオン置換がイオン伝導特性の向上に有効であることを見出し、高速イオン伝導を示す新規錯体水素化物としてLi_3N_2IH_4やNa_2BNH_6の合成に成功した。また、新規電極材料としてLiを含む硼炭化物LiBCに着目し、Li_<0. 5> BC付近までリチウムデインターカレーションが可能であることを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Sodium ionic conduction in complex hydrides with [BH_4]-and [NH_2]-anions (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, S. Kuromoto, T. Sato, H. Oguchi, H. Takamura, S. Orimo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 20
  • DOI: 10.1063/1.4716021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sodium-ion conduction in complex hydrides NaAlH_4 and Na_3AlH_6 (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Oguchi, M.Matsuo, S.Kuromoto, H.Kuwano, S.Orimo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.113 号: 3
  • DOI: 10.1063/1.3681362
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lithium fast-ionic conduction in complex hydrides : Review and prospects (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, S. Orimo
  • 雑誌名: Advanced Energy Materials 巻: 1 号: 2 ページ: 161-172
  • DOI: 10.1002/aenm.201000012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast-ionic conductivity of Li^+ in LiBH_4 (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Ikeshoji, E.Tsuchida, T.Morishita, K.Ikeda, M.Matsuo, Y.Kawazoe, S.Orimo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: Vol.83 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.144301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Electrical Conductivities of Complex Hydrides Li<SUB>2</SUB>(BH<SUB>4</SUB>)(NH<SUB>2</SUB>) and Li<SUB>4</SUB>(BH<SUB>4</SUB>)(NH<SUB>2</SUB>)<SUB>3</SUB> by Melting (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Zhou, M.Matsuo, Y.Miura, H.Takamura, H.Maekawa, A.Remhof, A.Borgschulte, A.Zuttel, T.Otomo, S.Orimo
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 52 号: 4 ページ: 654-657
  • DOI: 10.2320/matertrans.MA201003
  • NAID: 130004454669
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotational motion in LiBH_4/LiI solid solutions (2011)
  • 著者名/発表者名: P.Martelli, A.Remhof, A.Borgschulte, R.Ackermann, T.Strassle, J.P.Embs, M.Ernst, M.Matsuo, S.Orimo, A.Zuttel
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry A 巻: Vol.115 号: 21 ページ: 329-5334
  • DOI: 10.1021/jp201372b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Order and disorder in lithium tetrahydroborate (2011)
  • 著者名/発表者名: S.K.Callear, E.A.Nickels, M.O.Jones, M.Matsuo, S.Orimo, P.P.Edwards, W.I.F.David
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: Vol.46 ページ: 566-569
  • 査読あり
• [雑誌論文] 錯体水素化物の新展開-リチウム高速イオン伝導材料として- (2011)
  • 著者名/発表者名: 松尾元彰, 折茂慎一
  • 雑誌名: 未来材料 巻: Vol.11 ページ: 26-31
• [雑誌論文] Lithium fast-ionic conduction in complex hydrides : Review and prospects (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Matsuo, S.Orimo
  • 雑誌名: Advanced Energy Materials 巻: Vol.1 ページ: 161-172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and lithium fast-ion conductivity of a new complex hydride Li_3(NH_2)_2I with double-layered structure (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, T. Sato, Y. Miura, H. Oguchi, Y. Zhou, H. Maekawa, H. Takamura, S. Orimo
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 22 号: 9 ページ: 2702-2704
  • DOI: 10.1021/cm1006857
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and lithium fast-ion conductivity of a new complex hydride Li_3(NH_2)_2I with double-layered structure (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Matsuo, T.Sato, Y.Miura, H.Oguchi, Y.Zhou, H.Maekawa, H.Takamura, S.Orimo
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: Vol.22 ページ: 2702-2704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lithium-ion conduction in complex hydrides LiAlH_4 and Li_3AlH_6 (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Oguchi, M.Matsuo, T.Sato, H.Takamura, H.Maekawa, H.Kuwano, S.Orimo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: Vol.107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anharmonicity in LiBH_4-LiI induced by anion exchange and temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Borgschulte, R.Gremaud, S.Kato, N.P.Stadie, A.Remhof, A.Zuttel, M.Matsuo, S.Orimo
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.97
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex hydrides : a new category of solid-state lithium fast-ion conductors (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Matsuo, H.Oguchi, H.Maekawa, H.Takamura, S.Orimo
  • 雑誌名: Materials Matter 巻: Vol.5 ページ: 105-107
• [学会発表] Al-H系錯体水素化物のナトリウムイオン伝導 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大口裕之, 松尾元彰, 黒本晋吾, 桑野博喜, 折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2012年春期大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(横浜市)
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] 金属|固体電解質界面でのイオンの挙動-Li|LiBH_4の第一原理分子動力学- (2012)
  • 著者名/発表者名: 池庄司民夫, 高木成幸, 松尾元彰, 川添良幸, 折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2012年春期大会
  • 発表場所: 横浜国立大学(横浜市)
  • 年月日: 2012-03-28
• [学会発表] Fast ionic conduction in complex hydrides (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, S. Orimo
  • 学会等名: EMPA 6th Symposium Hydrogen and Energy
  • 発表場所: Stoos, Switzerland
  • 年月日: 2012-01-26
• [学会発表] Fast ionic conduction in complex hydrides (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Matsuo, S.Orimo
  • 学会等名: EMPA 6th Symposium Hydrogen and Energy
  • 発表場所: Seminar und Wellnesshotel(スイス)
  • 年月日: 2012-01-26
• [学会発表] Hydride-based Li ion conductor for all solid-state lithium battery (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Takahashi, K.Hattori, T.Yamazaki, K.Takada, H.Takamura, M.Matsuo, S.Orimo, H.Maekawa
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Advanced Synthesis and Processing Technology for Materials
  • 発表場所: 高揚グランドホテル(仙台市)
  • 年月日: 2011-12-01
• [学会発表] 水素化物固体電解質LiBH_4を用いた全固体リチウム二次電池の試作 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高橋邦彰, 服部和人, 山崎敏広, 高村仁, 折茂慎一, 松尾元彰, 高田和典, 前川英己
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(宜野湾市)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] LiBH_4における高Liイオン伝導機構とLi金属との界面挙動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 池庄司民夫, 土田英二, 森下徹也, 池田一貫, 松尾元彰, 川添良幸, 折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(宜野湾市)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] LiBH_4-LiI-RbI系固体電解質のリチウムイオン伝導とその機構 (2011)
  • 著者名/発表者名: 熊谷直樹, 菅野公貴, 宮崎怜雄奈, 高村仁, 松尾元彰, 折茂慎一, 前川英己
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(宜野湾市)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 岩塩型構造を有するLiBH_4のリチウムイオン伝導特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高村仁, 黒沼洋太, 松尾元彰, 折茂慎一, 前川英己
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(宜野湾市)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] B-H系およびN-H系錯体水素化物でのナトリウムイオン伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 黒本晋吾, 松尾元彰, 折茂慎一, 大口裕之, 前川英己, 高村仁
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(宜野湾市)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] LiNH_2-LiI系錯体水素化物でのリチウム高速イオン伝導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 斉藤郁彦, 平田匠弥, 松尾元彰, 折茂慎一, 佐藤豊人, 大口裕之, 前川英己, 高村仁
  • 学会等名: 日本金属学会2011年秋期大会
  • 発表場所: 沖縄コンベンションセンター(宜野湾市)
  • 年月日: 2011-11-07
• [学会発表] 錯体水素化物のリチウム高速イオン伝導機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松尾元彰, 折茂慎一
  • 学会等名: 第9回水素量子アトミクス研究会
  • 発表場所: 東北大学金属材料研究所(仙台市)
  • 年月日: 2011-08-22
• [学会発表] Lithium fast-ion conductivities in complex hydrides (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Orimo, M.Matsuo, H.Oguchi, H.Maekawa, H.Takamura, T.Vegge, A.Eemhof, A.Borgschulte, A.Zuttel
  • 学会等名: 2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 発表場所: Hawaii convention center (アメリカ)
  • 年月日: 2010-12-16
• [学会発表] 高圧下におけるハライド添加LiBH_4のリチウムイオン伝導特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒沼洋太, 松尾元彰, 折茂慎一, 前川英己, 高村仁
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ(仙台市)
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] LiBH_4の高いイオン伝導性の起源 (2010)
  • 著者名/発表者名: 池庄司民夫, 土田英二, 森下徹也, 池田一貴, 松尾元彰, 川添良幸, 折茂慎一
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ(仙台市)
  • 年月日: 2010-11-26
• [学会発表] 超イオン伝導体LiBH_4におけるリチウムイオンの移動経路 (2010)
  • 著者名/発表者名: 池庄司民夫, 土田英二, 池田一貴, 松尾元彰, 川添良幸, 折茂慎一
  • 学会等名: 第51回電池討論会
  • 発表場所: 愛知県産業労働センター(名古屋市)
  • 年月日: 2010-11-09
• [学会発表] 新規錯体水素化物Li_3N_2H_4Iの結晶構造とリチウム高速イオン伝導 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松尾元彰, 周宇, 黒本晋吾, 折茂慎一, 佐藤豊人, 大口裕之, 前川英己, 高村仁
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] Lithium ion conduction in double-anion complex hydrides before and after melting (2010)
  • 著者名/発表者名: 周宇, 松尾元彰, 大口裕之, 折茂慎一, 前川英己, 高村仁
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] LiBH_4の高温相におけるリチウムイオン伝導機構のRMC解析 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮崎怜雄奈, 及川格, 高村仁, 前川英己, 松尾元彰, 折茂慎一, Laszlo Temleitner, 尾原幸治, 川北至信
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] 高速リチウムイオン伝導体の活性化体積 (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒沼洋太, 前川英己, 高村仁, 松尾元彰, 折茂慎一
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2010-09-27
• [学会発表] LiNH_2-LiI系錯体水素化物のリチウム高速イオン伝導 (2010)
  • 著者名/発表者名: 黒本晋吾, 周宇, 松尾元彰, 折茂慎一, 佐藤豊人, 大口裕之, 前川英己, 高村仁
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期大会
  • 発表場所: 北海道大学(札幌市)
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] Lithium fast-ionic conduction in LiBH_4 and its derivatives (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Matsuo, S.Orimo
  • 学会等名: CIMTEC2010 5th Forum on New Materials
  • 発表場所: Montecatini Terme(イタリア)
  • 年月日: 2010-06-17
• [学会発表] Microwave absorption and lithium super-ionic conduction in lithium borohydride LiBH_4 (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Matsuo, S. Orimo
  • 学会等名: CIMTEC2010 5th Forum on New Materials
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy(invited)
  • 年月日: 2010-06-15
• [学会発表] Microwave absorption and lithium super-ionic conduction in lithium borohydride LiBH_4 (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Matsuo, S.Orimo
  • 学会等名: CIMTEC2010 5th Forum on New Materials
  • 発表場所: Montecatini Terme(イタリア)
  • 年月日: 2010-06-15
• [備考] 報道関連情報(1)「室温で高速ナトリウムイオン電導」化学工業日報(2012年5月17日)
  • URL: http://www.hydrogen.imr.tohoku.ac.jp/
• [備考] (2)「全固体電池材料を開発」日経産業新聞(2012年5月25日)など
• [備考]
  • URL: http://www.hydrogen.imr.tohoku.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.hydrogen.imr.tohoku.ac.jp/
• [産業財産権] ナトリウムイオン伝導体 (2012)
  • 発明者名: 折茂慎一, 松尾元彰, 黒本晋吾, 佐藤豊人, 大口弘之, 前川英己, 高村仁
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 2012-032575
  • 出願年月日: 2012-02-17
• [産業財産権] 個体電気二重層キャパシタ (2012)
  • 発明者名: 池庄司民夫, 松尾元彰, 折茂慎一, 大谷実, 土田英二
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 2012-057714
  • 出願年月日: 2012-03-14
• [産業財産権] 固体電解質、その製造方法、および固体電解質を備える二次電池 (2010)
  • 発明者名: 前川英己, 高村仁, 折茂慎一, 松尾元彰, 中森裕子, 安東真理子, 野田泰斗, 唐橋大樹
  • 権利者名: 東北大学
  • 産業財産権番号: 2010-511984
  • 出願年月日: 2010-10-28