リチウム二次電池におけるマンガンベース正極材の電極反応メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 25410256
• 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: デバイス関連化学
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 小澤 清 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主席研究員 (90343855)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2013年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: リチウム二次電池 / クロム添加効果 / マンガンベース正極材 / 電極反応メカニズム

研究成果の概要

Li2MnO3、及びNi、Crを添加したLi2MnO3の電極反応メカニズムについて研究を行った。研究後半では、リチウム二次電池における負極材としてのMoS2とカーボンとのコンポジット材料に関する研究も行った。電極特性は充放電サイクルにおける正極材中でのリチウムイオン拡散に大きく依存していた。その拡散は結晶粒サイズ及び添加する遷移金属の種類と量にも関係していた。MoS2カーボンコンポジットの研究では、カーボンとしてグラフェンを使用することで、電極特性が向上するという知見を得た。

研究成果

• [国際共同研究] University of Wollongong/University of Queensland(オーストラリア)
• [雑誌論文] Comparison of reduction products from graphite oxide and graphene oxide for anode applications in lithium-ion batteries and sodium-ion batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: Yige Sun, Jie Tang, Kun Zhang, Jinshi Yuan, Jing Li, Da-Ming Zhu, Kiyoshi Ozawa and Lu-Chang Qin
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 9 号: 7 ページ: 2585-2595
  • DOI: 10.1039/c6nr07650e
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoporous MoS2/C Composites for High Performance Lithium Ion Battery Anode Material (2017)
  • 著者名/発表者名: Zengmei Wang, Gui Wei, Kiyoshi Ozawa, Yaling Cai, Zhenxiang Cheng
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 239 ページ: 74-83
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2017.04.033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding Performance Differences from Various Synthesis Methods: A Case Study of Spinel LiCr0.2Ni0.4Mn1.4O4 Cathode Material (2016)
  • 著者名/発表者名: Mingzhe Chen, Zhe Hu, Zhenguo Wu, Weibo Hua, Kiyoshi Ozawa, Qinfen Gu, Yong-Mook Kang, Xiaodong Guo, Shu-Lei Chou, and Shi-Xue Dou
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 8 号: 39 ページ: 26051-26057
  • DOI: 10.1021/acsami.6b08327
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ni-induced stepwise capacity increase in Ni-poor Li-rich cathode materials for high performance lithium ion batteries (2015)
  • 著者名/発表者名: Delai Ye, Chenghua Sun, Yu Chen, Kiyoshi Ozawa, Denisa Hulicova-Jurcakova, Jin Zou, and Lianzhou Wang
  • 雑誌名: Nano Research 巻: 8 号: 3 ページ: 808-820
  • DOI: 10.1007/s12274-014-0563-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural variation of Li₂MnO₃ during charge–discharge cycling (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Nakao, Kiyoshi Ozawa, Yoshihiro Nemoto, Fumihiko Uesugi, Hiroki Fujii, and Takashi Mochiku
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 123 号: 1439 ページ: 589-594
  • DOI: 10.2109/jcersj2.123.589
  • NAID: 130005085543
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Understanding the Origin of Li2MnO3 Activation in Li-Rich Cathode Materials for Lithiu-Ion Batteries (2015)
  • 著者名/発表者名: Delai Ye, Guang Zeng, Kazuhiro Nogita, Kiyoshi Ozawa, Marlies Hankel, Debra J. Searles, and Lianzhou Wang
  • 雑誌名: Advanced Functional Materials 巻: 25 号: 48 ページ: 7488-7496
  • DOI: 10.1002/adfm.201503276
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interface Strain-Induced Multiferroicity of a SmFeO_3 Film (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhenxiang, Cheng, Fang Hong, Yuanxu Wang, Kiyoshi Ozawa, Hiroki Fujii, Hideo Kimura, Yi Du, Xiaolin Wang, and Shixue Dou
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 6 号: 10 ページ: 7356-7362
  • DOI: 10.1021/am500762c
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tuning three-dimentional TiO2 nanotube electrode to achieve high utilization of Ti substrate for lithium storage (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhi-Jia Zhang, Qing-Yi Zeng, Shu-Lei Chou, Xin-Jun Li, Hui-Jun Li, Kiyoshi Ozawa, Hua-Kun Liu, Jia-Zhao Wang
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 133 ページ: 570-577
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2014.04.049
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Germanium/Polypyrrole Composite for High Power Lithium-ion Batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: Xuanwen Gao, Wenbin Luo, Chao Zhong, David Wexler, Shue-Lei Chou, Hua-Kun Liu, Zhicong Shi, Guohua Chen, Kiyoshi Ozawa & Jia-Zhao Wang
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep06095
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enkancing the High Rate Capability and Cycling Stability of LiMn2O4 by Coating of Solid-State Electrolyte LiNbO3 (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhi-Jia Zhang, Shu-Lei Chou, Qin-Fen Gu, Hua-Kun Liu, Hui-Jun Li, Kiyoshi Ozawa, and Jia-Zhao Wang
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interface 巻: 6 号: 24 ページ: 22155-22165
  • DOI: 10.1021/am5056504
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Capacity-controllable Li-rich cathode materials for lithium-ion batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: Delai Ye, Kiyoshi Ozawa, Bei Wang, Denisa Hulicova-Jurcakova, Jin Zou, Chenghua Sun, Lianzhou Wang
  • 雑誌名: Nano Energy 巻: 6 ページ: 92-102
  • DOI: 10.1016/j.nanoen.2014.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect of refinement of carbon-substituted MgB2 filling powder using various starting powders on the microstructure and critical current density of ex situ processed superconducting tapes (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Fujii, K. Ozawa, and H. Kitaguchi
  • 雑誌名: Superconducting Science and Technology 巻: 27 号: 3 ページ: 035002-035002
  • DOI: 10.1088/0953-2048/27/3/035002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Band structure, magnetic, and transport properties of two dimentional compounds Sr_<2->xGd_xCoO_4 (2013)
  • 著者名/発表者名: Q. W. Yao, X. L. Wang, H. Kimura, S. X. Dou, K. Konstantinov, Z. X. Cheng, F. Hong, H. Y. Zhao, H. Qiu, and K. Ozawa
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 113 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4799780
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron diffraction and high-resolution electron microscopy studies on layered Li2-d(Mn1-xCox)1+dO3 (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Fujii, Kiyoshi Ozawa, and Takashi Mochiku
  • 雑誌名: Journal of Solid State Chemistry 巻: 203 ページ: 345-352
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polypyrrole-coated a-LiFeO2 nanocomposite with enhanced electrochemical properties for lithium-ion batteries (2013)
  • 著者名/発表者名: Zhi-jia Zhang, Jia-Zhao Wang, Shu-Lei Chou, Hua-Kun Liu, Kiyoshi Ozawa, and Hui-jun Li
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 108 ページ: 820-826
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2013.06.130
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrode Properties of Li2MnO3 (C2/m) for a Lithium-Battery Cathode in Several Charge-Discharge Potential Ranges (2013)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Nakao, Kiyoshi Ozawa, Hiroki Fujii, Takashi Mochiku, Hideo Iwai, Yoshinori Tsuchiya, and Naoki Igawa
  • 雑誌名: Trans. Mat. Res. Soc. Japan 巻: 38 ページ: 229-233
  • NAID: 130005004220
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hollow Structured Li_3VO_4 Wrapped with Graphene Nanosheets in Situ Prepared by a One-Pot Template-Free Method as an Anode for Lithium-Ion Batteries (2013)
  • 著者名/発表者名: Yi Shi, Jia-Zhao Wang, Shu-Lei Chou, David Wexler, Hui-Jun Li, Kiyoshi Ozawa, Hua-Kun Liu, and Yu-Ping Wu
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 13 号: 10 ページ: 4715-4720
  • DOI: 10.1021/nl402237u
  • 査読あり
• [学会発表] Structural Variation of Li2MnO3 (C2/m) in Several Charge-Discharge Potential Ranges (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Ozawa, Yasuhiro Nakao, Yoshihiro Nemoto, Hiroki Fijii, Takashi Mochiku, Yoshinori Tsuchiya, and Naoki Igawa
  • 学会等名: APEnergy 2014
  • 発表場所: Brisbane Convention Centre (Brisbane, Australia)