新しいインターカレーション電極の開発に関する共同研究

2001 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 / エマルジョン・ドライイング法 / リチウム二次電池 / 二酸化マンガンスピネル / 炭素材料 / 溶融塩還元法 / 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の材料をソフトケミストリー手法であるエマルジョン・ドライイング法、水熱反応法およびスパッタリング法による乾式合成法により合成し、また溶融塩電解還元法による炭素材料の合成を行った。さらに合成したインターカレーション材料の結晶構造解析、並びにそれらの結晶構造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理論的アプローチを実施した。これらの主な成果は次の通りである。
1)エマルジョン・ドライイング法を用いて得られる前駆体を850℃で加熱処理することにより、大きいAlドープ量を有するLiAlxMn_2スピネル化合物を合成した。合成したLiAl_<0.3>Mn_<1.7>O_4のAlとMn原子のマッピング、ホスト格子中でのLi^+-Li^+間の相互作用等について調べた。このAlドープスピネルは120mAh/gの高い放電容量でもって優れたサイクル性能を示した。
2)rf-マグネトロンスパッタリング法によりLiMn_2O_4正極とV_2O_5負極からなる新型の全固体リチウムイオンニ次電池を作成した。この作成した二次電池は3.5Vと0.3Vの電圧間で約18μA/cm^2の充放電容量でもって優れたサイクル特性を示した。さらに本二次電池は真空中においても優れたサイクル特性を示すことが分かった。
3)Ni電極を用いて450℃での三成分Li_2CO_3-Na_2CO_3-K_2CO_3系溶融塩の電解還元により微細な炭素粉末を合成した。この炭素粉末はグラファイト、アモルファス炭素およびナノ構造炭素からなることが分かった。この三番目の炭素は約10nmの直径を持つ長いロープからなることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] S.-T., Myang: "Orthorhombic LiMnO_2 as a High Capacity Cathode for Lithium-Ion Battery Synthesined by Hydrothermal Route"Chemistry Letters. 2001. 80-81 (2001)
• [文献書誌] Naoaki Kumagai: "Preparation of Todorokite-type Manganese-based Oxide and its Application as Lithium and Magnesium Battery Cathode"Journal of Power Sources. 97-98. 515-517 (2001)
• [文献書誌] M.Baba: "Fabrication and Electrochemical Characteristics of All-Solid-State, rechargeable Batteries"Journal of Power Sources. 97-98. 798-800 (2001)
• [文献書誌] S.-T., Myang: "Enhanced structural stability and Cyclability of Al-doped LiMn_2O_4 Spinel Synthesized by the Emulsion Drying Method"Journal of the Electrochemical Society. 148・5. A482-A489 (2001)
• [文献書誌] B.Kaplan: "Synthesis of Nonostructured Carbon Material by Electroyeduction in Fused Alkali Carbonates"Chemistry Letters. 2001. 714-715 (2001)
• [文献書誌] B.Kaplan: "The oretical Approach of the Lithium Intercalation 1 Decntercalation Process in Host Materials"Electrochemistry. 69・8. 592-597 (2001)
• [文献書誌] S.-T., Myang: "Recent Research Development in Electrochemistry Vol.4"Trans World Wetwork. 19 (2001)