| 研究課題/領域番号 |
19K15680
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
稲本 純一 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20816087)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | リチウムイオン電池 / 正極活物質 / 表面状態 / 劣化解析 / 添加剤 / 表面被膜 |
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| 研究実績の概要 |
次世代リチウムイオン電池用にはLiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）やLi過剰系正極材料などの高エネルギー密度正極活物質が期待されている。LNMOは高い充放電電位が長所であるが、高電位では電解液が激しく酸化分解することが指摘されている。このような酸化分解生成物は活物質上に被膜を形成し反応抵抗の増大などの劣化や以後の界面副反応に影響を与える可能性があるが、その被膜形成挙動やその電極特性への影響は従来不明確であった。またLi過剰系材料では構造中の酸素イオンの酸化が起こり、それにより発生する酸素が電解液を化学的に酸化することも報告されている。本研究ではこれらの高エネルギー密度正極活物質の表面域で起こる劣化現象を明らかにすることを目的とし、薄膜電極を作製して充放電サイクル前後での表面状態変化を分光分析と電気化学的分析を組み合わせることで解析を行った。
前年度まパルスレーザーデポジション法によるLNMO薄膜の作製条件の最適化およびそのサイクル劣化挙動の温度依存性を調べた。その結果、高温下では特に顕著に劣化が進行することが明らかとなり、また被膜形成も起こらないことが明らかとなった。
本年度はこれまでに報告されている被膜形成効果がある添加剤により、高温下でのサイクル劣化挙動と被膜形成挙動にどのような影響があるかを調べた。その結果、EGBE添加剤を用いた場合にはサイクル劣化が大幅に抑制されることが明らかとなった。一方で皮膜形成は起こっておらず、EGBEの劣化抑制効果は従来報告されていた被膜形成によるものではなく、EGBEが高電位で正極表面に吸着されることで電解液の酸化分解を抑制した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
申請時の計画通りのペースで研究が進行しており、また次年度の目標であるリチウム過剰系正極材料についてもその基礎検討に関しては概ね完了している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度まで集中して研究したLNMO正極とは異なり、リチウムイオン脱離時に酸素放出が並行して起こるため電解液の化学酸化が起こりやすいLi過剰系正極材料について比較研究を行い、酸素放出がその表面劣化現象に与える影響について解析をすすめる。現在Li過剰系正極材料の基礎検討については完了しており、次年度はより条件を最適化しつつ研究を進め、3年間の研究の集大成として高エネルギー正極材料の表面域で起こる劣化現象について包括的な議論を行えるように研究をすすめる予定である。
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