高電位正極材料酸化物の単結晶合成と全固体電池における電極－電解質界面の反応解析

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K05249
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分36020:エネルギー関連化学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 秋本 順二 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 首席研究員 (20356348)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 全固体電池 / 正極材料 / スピネル型 / 層状岩塩型 / 単結晶 / 結晶構造解析 / フラックス法

研究成果の概要

本研究は、全固体電池での高電位正極材料酸化物の充放電メカニズム解明を目指して、バルク単結晶試料の合成と評価について取り組んだ。具体的には、５Ｖ級正極材料酸化物であるスピネル型LiCoMnO4、および高容量高電位正極として期待されているリチウム過剰層状岩塩型Li1.2Ni0.2Mn0.6O2の単結晶を合成した。水酸化リチウムを用いたフラックス合成法により、大きさは数ミクロン程度であるが、LiCoMnO4の単結晶合成に世界で初めて成功した。また、リチウム過剰組成系層状岩塩型Li1.2Ni0.2Mn0.6O2単結晶は、高温焼成による粒成長法により、100ミクロン程度の大きさの単結晶が合成できた。

自由記述の分野

無機固体化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で得られた単結晶試料を使用することで、次世代蓄電池として期待されている全固体電池でのエネルギー密度向上に資する５Ｖ級正極材料酸化物の充放電メカニズム解明のための研究展開が可能となる。単結晶を用いたリチウム脱離反応に伴う結晶構造変化、および単結晶表面の形態観察などの全固体電池の基礎研究を推進することが可能となる。さらに、得られた基礎解析の結果を材料設計・電池設計に反映させることで、全固体電池の早期実現と更なる高エネルギー密度化のための指針が構築できる。