新しいインターカレーション電極の開発に関する研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11695036
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 熊谷 直昭 岩手大学, 工学部, 教授 (30003875)
• 研究分担者: 馬場 守 岩手大学, 工学部, 教授 (20111239) ; 駒場 慎一 岩手大学, 工学部, 助手 (20302052)
• キーワード: インターカレーション電極 / リチウムインターカレーション / ソフトケミストリー合成 / リチウム二次電池 / 二酸化マンガン正極 / タングステン酸化物 / 充放電特性

研究概要

本共同研究は新しいインターカレーション電極を開発することを目的としており、本年度は二酸化マンガン系、タングステン酸化物系およびコバルト酸化物等をソフトケミストリー手法を用いる湿式合成、および固相加熱法およびスパッタリング法による乾式合成を行った。さらに合成した金属酸化物の結晶構造解析、並びにそれらの結晶格子中でのリチウム拡散挙動に関する電気化学的実験および計算機によるシュミレーション実験を実施した。これらの成果は次の通りである。
1)電解二酸化マンガン(EMD)とLiNO_3のLi/Mn比0.3〜0.8の混合物を260℃の低い温度で空気中で加熱することにより初めてLixMnO_2(x=0.3〜0.6)を合成した。この酸化物格子中から約0.3Liが最初の充電で除去でき、放電で二段階放電し、約250mAh(g酸化物)の大きい容量が得られた。
2)正極活物質として現在広く実用化されているLiMn_2O_4とLiCoO_2の合成に新しいソフトケミストリー手法としてエマルジョン・ドライイング法を初めて適用し、成功した。得られた微細粉末を600〜900℃で加熱処理し、これらのリチウムインターカレーション/デインターカレーション挙動を調べたところ、800〜900℃で非常に優れた二次電極特性が得られた。
3)ヘキサゴナルブロンズ構造を有するWO_3をLi_2WO_3水溶液のpHを変えて120〜180℃での水熱法で合成した。pH0.5〜1.0では六方晶、pH1.5〜2.0では斜方晶構造であることを見い出した。リチウムインターカレーションを伴う電気化学特性をを調べたところ、WO_3に尽き1Liが構造中に可逆的に取り込まれることを明らかにした。
4)LiMn_2O_4スピネル薄膜をr.f.スパッタリング法で製膜し、これを400〜700℃でO_2中で加熱処理して得た。この薄膜は2.0〜4.3V vs Li/Li^+の広い電位範囲で優れた充放電挙動を示すことを見出した。

研究成果

• [文献書誌] N.Kumagai ら: "Synthesis of ternary Li-Mn-O Phase at a temperature of 260℃ and Electrochemical Lithium Insertion into the Oxide"Journal of Applied Electrochemistry. 30. 159-163 (2000)
• [文献書誌] S.-T.Myung ら: "Capacity Fading of LiMn_2O_4 Electrode Synthesized by the Emulsion Drying Method"Journal of Power Sources. 90. 103-108 (2000)
• [文献書誌] S.-T.Myung ら: "Preparation and Electrochemical Characterization of LiCoO_2 by the Emulsion Drying Method"Journal of Applied Electrochemistry. 30. 1081-1085 (2000)
• [文献書誌] S.Komaba ら: "Synthesis of Layered MnO_2 by calcination of KMnO_2 for Rechargeable Lithium Battery Cathode"Electrochimica Acta. 46. 31-37 (2000)
• [文献書誌] S.Komaba ら: "Preparation of Li-Mn-O thin films by r.f.-Sputtering Method and its Application to Rechargeable Batteries."Journal of Applied Electrochemistry. 30. 1179-1182 (2000)
• [文献書誌] S.Komaba ら: "Hydrothermal Synthesis of Hexagonal Tungsten Oxide from Li_2WO_4 Solution and Electrochemical Lithium Intercalation"Solid State Ionics. 135. 193-197 (2000)
• [文献書誌] N.Kumagai ら: "Recent Research Developments in Electrochemistry Vol.2"Trans World Network. 148 (1999)