| 研究課題/領域番号 |
10650819
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 研究分野 |
工業物理化学
|
|---|
| 研究機関 | 関西大学 |
|---|
研究代表者 |
竹原 善一郎 関西大学, 工学部, 教授 (00025892)
|
|---|
| 研究分担者 |
佐野 誠 関西大学, 工学部, 助手 (00170811)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
1998 – 2000
|
| キーワード | リチウム電池 / 電池の正極活物質 / スピネルマンガン酸リチウム / マンガン位置を他原子で置換 / 活物質の構造変化 / 充放電の繰り返し / Co、Niでの置換 / Al、Mg、Liでの置換 |
|---|
| 研究概要 |
リチウム二次電池の正極活物質に資源的に豊富なスピネルLi_xMn_2O_4を用いるための研究を行った。0.1<x<1の範囲で、立方晶スピネル構造が維持され、リチウム負極と組合せ、約4V(vs.Li/Li^+)で充放電を進めることができたが、充電により、x<0.5の状態までリチウムを脱離させると、第2の立方晶が生成し、容量が徐々に低下した。
そこで、Mnの一部をCo、Niで置換した。0.2モル%程度まで置換でき、Coは3価、Niは2価で3.5〜4.5V(vs Li/Li^+)の範囲での充放電では、格子中の3価のMnが4価にまで酸化されず、第2の立方晶の生成が抑制され、充放電のサイクル寿命が向上した。しかし、電位が4.5V程度以上になると、格子中のCo、Niが4価に酸化され、結晶構造が変化し、サイクル寿命が低下した。
そこで、Mnの一部をMnよりもイオン半径の小さい典型元素であるLi、Mg、Alで置換した。Liは0.1モル%、Mg、Alは0.2モル%程度まで置換でき、充放電時Liは1価、Mgは2価、Alは3価で安定に存在し、充放電を安定に繰り返すことができた。これはMnと0の距離が近づき、結合が強化され、充電時に3価のMnが完全に4価にまで酸化されず、Liが完全に結晶格子から離脱しないので、充放電時の結晶格子の大きさの変化が少なくなり、第2の立方晶の生成が抑制されたためである。しかし、置換により、その置換量に応じて容量が低下した。置換元素が1価、2価、3価の順に容量低下の割合は小さくなった。これらの兼ね合いからAlの置換が好ましく、LiMn_<1.9>Al_<0.1>O_4を用いた場合4V、0.11Ahg^<-1>の容量が得られ、安定に充放電を進めることができた。
|
