| 研究課題/領域番号 |
15K13300
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
谷口 泉 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (00217126)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 高電位正極材料 / リチウム二次電池 / 全固体二次電池 / 噴霧熱分解法 / ナノ構造材料 / ナノポーラス材料 / ナノ接合界面 / 燐酸コバルトリチウム |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、噴霧熱分解法により、LiCoPO4ナノ構造多孔質粒子の合成を行った。合成にあたり、内径90 mm、有効長さ1860 mmの自作の噴霧熱分解反応器を用いた。なお、この装置は現有設備である。原料塩としては、LiH2PO4、硝酸コバルトを用いて、これを目的物質の量論比で蒸留水に溶解させ、原料溶液を調製した。さらに、この溶液に数十ナノメートルの一次粒子からなる親水性カーボンを分散させた。この原料溶液を、超音波噴霧器を用いてエアロゾル化し、空気ガスにより噴霧熱分解反応器に導入し、目的物質の合成を試みた。合成は、噴霧熱分解温度およびカーボンの添加量を変えて行った。
合成した試料の結晶相の同定は、粉末X線回折により、表面形態および内部構造の観察はSEMおよびTEMを用いて行った。また、窒素吸脱着法により細孔径分布の測定も行った。さらに、合成した試料を正極活物質として用い、負極に金属リチウム、電解質は通常の有機電解液を用いてハーフセルを作製、合成した正極の電池特性を評価した。
その結果、原料溶液に親水性カーボンを約1g添加し、さらにpH=4になるようにアンモニア水溶液を加えて、600℃で噴霧熱分解することで、多孔質ナノ構造を有するLiCoPO4の合成に成功した。また、この正極材料のリチウム二次電池特性を評価したところ、60 mAh/gの初期放電容量を示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
合成した燐酸コバルトリチウムは、リチウム二次電池の正極活物質として機能したが、放電容量がそれほど大きくないため、これを平成28年度に改善する必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度の結果を踏まえて、まず、燐酸コバルトリチウムの充放電容量の改善を試みる。その方法としては、噴霧熱分解後の試料を遊星ボールを用いて湿式で粉砕すると共に、その操作の際、カーボンを添加することで、燐酸コバルトナノ粒子とカーボンが複合化したナノ構造体を合成する。また、この材料を正極活物質として、昨年同様、電池性能評価を行う。このアプローチで、理論容量の80％以上の放電容量が得られた段階で、次の研究課題に進む。即ち、合成した燐酸コバルトリチウムとカーボンのナノ複合体表面にイオン導電性物質であるLi1.07Al0.69Ti1.46(PO4)3をマイクロ波加熱を利用したゾルゲル法によりコーティングを行う。これにより得られた試料は、交流ｲﾝﾋﾟｰﾀﾞﾝｽ法およびコインセルを用いた充放電サイクル試験により、その電気化学特性の評価を行う。
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