| 研究課題/領域番号 |
19H02811
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
萩原 理加 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30237911)
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| 研究分担者 |
松本 一彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30574016)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | イオン液体 / リチウム二次電池 / 高出力 / 高エネルギー密度 |
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| 研究実績の概要 |
五酸化ニオブ（Nb2O5）は、独自の疑似容量性動作により、高出力リチウムイオン電池負極材料として期待されている。 ただし、その低い電子伝導性が、負極材料としての性能発現の課題になっている。 本研究では、この材料にアルゴンイオン照射をすることにより、界面特性をの改善を試みた。 照射後の試料のX線光電子分光法および遷移電子顕微鏡法による解析により、Nb2O5負極電極表面に導電性の高い低酸化状態のNbOx (1< x <2) 種が生成することが明らかになった。このNbOx層はいったん生成すると電気化学的に不活性であり、電極表面での電荷移動を促進し、電極の反応抵抗を低減する。このNbOx 表面構造の改質により、負極活物質としての性能が改善され、元の電極 (138 mAh g-1) よりも高い 211 mAh g-1 の可逆容量が得られるようになった。
近年実用リチウムイオン電池における有望な正極材料として注目されているLiNiO2は、希少で高価なCoを使用しておらず、理論容量は275 mAh g－1、可逆容量は200 mAh g－1と大きい。しかし、LiNiO2は高い充電状態で構造変化や有機電解質との副反応、Ni溶出などによりサイクル特性が悪いという課題がある。本研究ではLiNiO2を正極材料として用いた際の有機電解質とイオン液体電解質によるサイクル特性を調べ、さらにその違いを正極表面観察とNi溶出量の定量により比較検討した。その結果から、LiNiO2の充放電において有機電解質を用いるよりもイオン液体電解質を用いたほうが優れたCEIが形成され、粒子の構造が安定化され、Ni溶出を防ぐことによりサイクル特性が向上することが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Nb2O5負極にアルゴンイオン照射により、導電性低酸化物層を形成し、電子伝導性を付与することにより、イオン液体電解質中での出力特性、容量などを飛躍的に向上させることに成功し、論文発表も完了している。また、高容量、高電圧で希少金属を使用しないニッケル酸化物負極がイオン液体電解質中でより優れたCEIの生成により、ニッケル活物質からのニッケル溶出を防ぎ、性能劣化を抑制することに成功した。このようにイオン液体の高出力、高エネルギー密度リチウム電池への応用への優位性がさらに明らかとなる結果が得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまで開発してきた正極、負極材料を中心に、高電圧、高出力を可能とするリチウム二次電池用正極材料、負極材料を組み合わせ、イオン液体を電解質とするフルセルを作製し、二次電池性能を検証する。また、イオン液体電解質中のリチウムイオン濃度、電池運転温度の電池充放電特性への影響も検討する。
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