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2019 年度 実績報告書

酸素脱離が誘起するリチウムイオン電池正極高容量化の起源解明と超高容量正極への展開

研究課題

研究課題/領域番号 18K05288
研究機関東北大学

研究代表者

中村 崇司  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20643232)

研究分担者 木村 勇太  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (60774081)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワードLi過剰系正極 / 酸素欠損 / アニオン欠陥
研究実績の概要

熱重量天秤とクーロン滴定セルを併用することで、次世代リチウムイオン電池正極として期待されているLi過剰系正極材料Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2の酸素脱離現象を実験的に評価することに成功した。また、X線吸収分光測定によって特異的な電荷補償を起こすことを明らかにした。酸素脱離初期では主にNiの還元が起こり、さらに酸素脱離を進めるとCoの還元によりの電荷のバランスが保障されることを明らかにした。さらにX線回折よって酸素脱離が結晶構造変化を引き起こすことを明らかにした。これらはリチウムイオン電池正極の酸素脱離現象を理解する上で重要な知見である。
またLi1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2のPristineサンプルと酸素脱離サンプルの電気化学特性を比較することで、酸素空孔導入による電池特性の変調を評価した。本研究ではクーロン滴定セルを利用してサンプルに酸素空孔を導入した。これは既往研究とは一線を画するアプローチであり、本研究で準備した酸素脱離試料は1) 酸素空孔量が厳密に制御されており、2) 導入した酸素空孔が材料全体に均質に分散されている点に特徴がある。この二つの独自アプローチによって、これまで解明されてこなかった酸素空孔導入による電池特性変化の本質に迫ることができる。Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2に酸素空孔を導入すると、初期特性は若干低下するが、容量維持率が大きく向上する様子が確認できた。100回充放電後の容量維持率はPristineサンプルが78%であるのに対し、3%酸素脱離サンプルでは95%であった。以上の本研究の実績はアニオン欠陥制御の有用性を示す成果である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Justus Liebig University Giessen(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Justus Liebig University Giessen
  • [雑誌論文] Guidelines for All-Solid-State Battery Design and Electrode Buffer Layers Based on Chemical Potential Profile Calculation2019

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Takashi、Amezawa Koji、Kulisch Joern、Zeier Wolfgang G.、Janek Juergen
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 11 ページ: 19968~19976

    • DOI

      10.1021/acsami.9b03053

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Oxygen release from Li-rich cathode material for lithium ion batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      International Conference on Energy, Resources, Environment and Sustainable Development
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Defect chemical studies on oxygen release of Li-rich cathode material Li1.2Mn0.6Ni0.2O22019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura, Hongze Gao, Kento Ohta, Yuta Kimura, Yusuke Tamenori, Kiyofumi Nitta, Toshiaki Ina, Masatsugu Oishi, Koji Amezawa
    • 学会等名
      22nd International Conference on Solid State Ionics
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of oxygen deficiency on electrochemical properties of Li-rich positive electrode material Li1.2Mn0.6Ni0.2O22019

    • 著者名/発表者名
      Kento Ohta,Takashi Nakamura, Yuta Kimura,Kazuki Tsuruta, Yusuke Tamenori, Koji Amezawa
    • 学会等名
      22nd International Conference on Solid State Ionics
    • 国際学会
  • [学会発表] 固体電解質リアクターにより合成した酸素欠損Li過剰系正極の電極特性2019

    • 著者名/発表者名
      中村崇司、太田健斗、木村勇太、鶴田一樹、為則雄祐、雨澤浩史
    • 学会等名
      2019年電気化学秋季大会
  • [学会発表] Li過剰系正極材料の酸素不定比性とそれが材料特性に与える影響2019

    • 著者名/発表者名
      太田健斗、中村崇司、木村勇太、鶴田一樹、為則雄祐、雨澤浩史
    • 学会等名
      第45回固体イオニクス討論会

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公開日: 2021-01-27  

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