2021 年度研究成果報告書

リチウムイオン電池用高エネルギー密度正極に特異的な表面劣化現象の解明

研究課題

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研究課題/領域番号	19K15680
研究種目	若手研究
配分区分	基金
審査区分	小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関	兵庫県立大学
研究代表者	稲本純一兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (20816087)
研究期間 (年度)	2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード	リチウムイオン電池 / 正極材料 / 劣化 / 表面
研究成果の概要	次世代リチウムイオン電池の高エネルギー密度正極活物質に特有の表面劣化メカニズムを明らかにすることを目的とし、パルスレーザー堆積法により作製した薄膜電極をモデル電極として種々の表面分析手法を適用し、その表面で起こる劣化現象を調べた。LiNi0.5Mn1.5O4では充放電時に表面に安定な被膜が形成されず、それにより継続的な電解液の酸化分解と遷移金属イオンの溶出が進行し急速な劣化が起こることが明らかとなった。一方でリチウム過剰系層状正極活物質では酸素アニオンの酸化に伴い電解液が化学的に酸化され、これが高電位での電解液の電気化学的酸化と共に起こることで安定な不働態被膜が形成されることが明らかとなった。
自由記述の分野	電気化学
研究成果の学術的意義や社会的意義	リチウムイオン電池は輸送機器や社会インフラに広く利用されており、エネルギーの利用効率向上だけでなく、さらなる長寿命化が必要とされている。本研究では高エネルギー密度が期待できる次世代リチウムイオン電池の正極材料の劣化要因を詳細に調べることで、その高エネルギー密度化と長寿命化を同時に達成するための重要な基礎的知見を提供するものである。今回の結果から、正極材料の劣化抑制に重要な因子を明らかにすることができたため、この知見を生かして次世代リチウムイオン電池の長寿命化に貢献できる。