ノントポタクティック無歪みリチウムインサーション材料に関する研究

• 研究課題/領域番号: 25410207
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー関連化学
• 研究機関: 株式会社豊田中央研究所
• 研究代表者: 向 和彦 株式会社豊田中央研究所, 戦略先端研究領域 機能性Si低次元材料プログラム, 主任研究員 (50394812)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: リチウムイオン電池 / リチウムチタン酸化物 / スピネル構造 / 負極活物質 / 結晶構造 / 電気化学反応 / 磁性 / 相転移 / Li導電率 / Liイオン電池 / インサーション材料 / エネルギー関連

研究成果の概要

本研究では、より安全で高エネルギー密度なリチウムイオン電池用負極活物質を創製することを目的に、Li1/2+1/2xFe5/2-3/2xTixO4 (0 <= x <= 1.666)を合成し、その結晶構造と充放電反応機構を調べた。またこれらの材料と組み合わせる正極活物質として、Li[Ni1/2Mn3/2]O4やLiCo1-xNixO2に注目し、その反応機構を粉末X線回折測定や磁気測定等を用いて明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic anomalies and itinerant character of electrochemically Li-inserted Li[Li1/3Ti5/3]O4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai and Jun Sugiyama
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 17 号: 35 ページ: 22652-22658
  • DOI: 10.1039/c5cp02999f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Relevance between the bulk density and Li+-ion conductivity in a porous electrolyte: The case of Li[Li1/3Ti5/3]O4 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Naoyoshi Nunotani, and Ryuta Moriyasu
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfacs 巻: 7 号: 36 ページ: 20314-20321
  • DOI: 10.1021/acsami.5b05952
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Role of Oxide Ions in Thermally Activated Lithium Diffusion of Li[Li1/3Ti5/3]O4: X-ray Diffraction Measurements and Raman Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai and Yuichi Kato
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 号: 19 ページ: 10273-10281
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b02179
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Factors Affecting the Volumetric Energy Density of Lithium-Ion Battery Materials: Particle Density Measurements and Cross-Sectional Observations of Layered LiCo1-xNixO2 with 0 <= x <= 1 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai and Hideyuki Nakano
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 6 号: 13 ページ: 10583-10592
  • DOI: 10.1021/am502242z
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin fluctuations above 100 K in stoichiometric LiCoO2 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yoshifumi Aoki, Daniel Andreica, Alex Amato, Isao Watanabe, and Sean R. Giblin, and Jun Sugiyama
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 551 ページ: 012008-012008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/551/1/012008
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Understanding the Zero-Strain Lithium Insertion Scheme of Li[Li1/3Ti5/3]O4: Structural Changes at Atomic Scale Clarified by Raman Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yuichi Kato, and Hideyuki Nakano
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 6 ページ: 2992-2999
  • DOI: 10.1021/jp412196v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermally activated spin fluctuations in stoichiometric LiCoO2 clarified by electron paramagnetic resonance and muon-spin rotation and relaxation measurements (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yoshifumi Aoki, Daniel Andreica, Alex Amato, Isao Watanabe, Sean R. Giblin, and Jun Sugiyama
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 号: 9
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.094406
  • 査読あり
• [雑誌論文] The gradient distribution of Ni ions in cation-disordered Li[Ni1/2Mn3/2]O4 clarified by muon-spin rotation and relaxation (muSR) (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yutaka Ikedo, Kazuya Kamazawa, Jess H. Brewer, Eduardo J. Ansaldo, Kim H. Chow, Martin Mansson and Jun Sugiyama
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 3 号: 29 ページ: 11634-11639
  • DOI: 10.1039/c3ra40878g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Phase Transition from Rhombohedral (R-3m) to monoclinic (C2/m) Symmetry in Lithium Overstoichiometric Li1+\deltaCo1+\deltaO2-\delta (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yoshihiro Kishida, Hiroshi Nozaki, and Kazuhiko Dohmae
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 25 号: 14 ページ: 2828-2837
  • DOI: 10.1021/cm4012348
  • 査読あり
• [学会発表] Towards high-volumetric energy density lithium-ion batteries: Particle density measurements of layered LiCo1-xNixO2 with 0 <= x <=x 1 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai and Hideyuki Nakano
  • 学会等名: American Chemical Society他
  • 発表場所: Hawaii Convention Center（ホノルル、ハワイ州、米国）
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Li1+x[Li1/3Ti5/3]O4の帯磁率とその反応機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、杉山純
  • 学会等名: 第41回固体イオニクス学会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道、札幌）
  • 年月日: 2015-11-25
• [学会発表] Li[Li1/3Ti5/3]O4における高速Li拡散に果たす酸化物イオンの役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、加藤雄一、布谷直義、中野秀之
  • 学会等名: 第40回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2014-11-16 – 2014-11-18
• [学会発表] Synthesis and Crystal Structure of Lithium Iron Titanium Oxides Li1/2+1/2xFe5/2-3/2xTixO4 with 0 <= x <= 1.666 (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yuichi Kato, Kayo Horibuchi, and Hideyuki Nakano
  • 学会等名: 226th Meeting of The Electrochemical Society
  • 発表場所: Cancun, Mexico
  • 年月日: 2014-10-05 – 2014-10-09
• [学会発表] リチウムイオン電池材料の体積エネルギー密度に関する考察 －LiCo1-xNixO2 （0 <= x <= 1）の粉体密度測定－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、中野秀之
  • 学会等名: 2014年電気化学会秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-09-27 – 2014-09-28
• [学会発表] 高速Li拡散に果たす材料の“軟らかさ”及び酸化物イオンの役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、中野秀之、杉山純
  • 学会等名: 固体イオニクスセミナー
  • 発表場所: プラザホテル山麓荘
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-02
• [学会発表] 加速器を用いたリチウムイオン電池材料の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 向和彦
  • 学会等名: 第10回放射光表面科学研究部会、第13回顕微ナノ材料科学研究会合同シンポジウム
  • 発表場所: あいち産業科学技術総合センター
  • 年月日: 2014-07-31 – 2014-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] リチウム鉄チタン酸化物Li1+1/2xFe5/2-3/2xTixO4（0 <= x <= 1.666）の結晶構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、堀渕嘉代、中野秀之
  • 学会等名: 第52回セラミックス基礎科学討論会
  • 発表場所: ウインク愛知（愛知県名古屋市）
• [学会発表] Raman spectroscopy on zero-strain lithium insertion material Li[Li1/3/Ti5/3]O4 during charge and discharge reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai, Yuichi Kato, and Hideyuki Nakano
  • 学会等名: Electrochemical Conference on Energy & the Environment
  • 発表場所: InterContinental Puxi, Shanghai （中華人民共和国上海）
• [学会発表] ラマン測定からみた無歪みLiインサーション材料Li[Li1/3Ti5/3]O4の構造変化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、加藤雄一、中野秀之
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（大阪府吹田市）
• [学会発表] 化学量論組成LiCoO2におけるゆらぎ磁性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、青木良文、Daniel Andreica, Alex Amato, 渡邊功雄、Sean R. Giblin, 杉山純
  • 学会等名: 電気化学会秋季大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
• [学会発表] X-ray Diffraction Measurements below Ambient Temperature on Over-stoichiometric LiCoO2 (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Mukai
  • 学会等名: 224th ECS Meeting
  • 発表場所: The Hilton San Francisco Hotel （米国サンフランシスコ）
• [学会発表] リチウムイオン電池材料のラマンスペクトロスコピー：無歪みリチウムインサーション材料Li[Li1/3Ti5/3]O4 (2013)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、加藤雄一、中野秀之
  • 学会等名: 日本分光学会 年次講演会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス（大阪府豊中市）
• [学会発表] リチウム鉄チタン酸化物Li1+1/2xFe5/2-3/2xTixO4の結晶構造解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 向和彦、加藤雄一、堀渕嘉代、中野秀之
  • 学会等名: 日本セラミックス協会東海支部学術研究会発表会
  • 発表場所: 名城大学天白キャンパス（愛知県名古屋市）