リチウム電池用電極材料の二相共存反応における核発生と相境界移動メカニズムの解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23750249
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 大久保 將史 独立行政法人産業技術総合研究所, エネルギー技術研究部門, 主任研究員 (20453673)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 電気化学

研究概要

本研究では、研究テーマとして「リチウム電池用電極材料の二相共存反応における核発生と相境界移動メカニズムの解明」を設定し、界面が核発生・成長メカニズムに与える影響を明らかにすることにより、高速 Li 脱挿入を可能とする材料設計の指針を確立することを目指して研究活動を行った。核発生、相成長のメカニズムを電気化学的に探るためにモデルの構築を行い、2相共存状態におけるリチウムイオン挿入は核発生・成長に支配されるというモデルの下で、電気化学応答関数を導出することに成功した。代表的な 2 相共存の電極材料である LiFePO4 について様々な粒子形態、過電圧印可条件下での過渡電流応答を測定しモデルによる解析を行ったところ、実験結果を再現することができた。解析の結果、初期の核発生頻度は過電圧に大きく依存し、過渡電流の振る舞いに大きな影響を及ぼすことが明らかになった。一方、大きな過電圧化においては、速度論効果によるモデルからの逸脱が生じ、更なるモデルの最適化が必要であることが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] Temperature dependent local structure of LiCoO_2nanoparticles determined by Co K-edge x-ray absorption fine structure (2013)
  • 著者名/発表者名: L. Maugeri, L. Simonelli, A. Iadecola, B. Joseph, M. Okubo, I. Honma, H. Wadati, T. Mizokawa, N. L. Saini, J.
  • 雑誌名: J. Power Sources 巻: 229 ページ: 272-276
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.11.127
• [雑誌論文] Configuration interaction fullmultiplet calculation to analyze the electronic structure of a cyano-bridged coordination polymer electrode (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Nanba, D. Asakura, M. Okubo, Y. Mizuno, T. Kudo, H. S. Zhou, K. Amemiya, J. Guo, K. Okada, J.
  • 雑誌名: Phys. Chem. C 巻: 116 ページ: 24896-24901
  • URL: http://dx.doi.org/10.1021/jp310328q
• [雑誌論文] High power Na-ion rechargeable battery with single crystalline Na0.44MnO2nanowire electrode (2012)
  • 著者名/発表者名: E. Hosono, T. Saito, J. Hoshino, M. Okubo, Y. Saito, D. Nishio-Hamane, T. Kudo, H. S. Zhou, J.
  • 雑誌名: Power Sources 巻: 217 ページ: 43-46
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.05.100
• [雑誌論文] Impedance Spectroscopic Study on Interfacial Ion Transfer in Cyanide-Bridged Coordination Polymer Electrode with Organic Electrolyte (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizuno, M. Okubo, D. Asakura, T. Saito, E. Hosono, Y. Saito, K. Oh-ishi, T. Kudo, H. S. Zhou
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 63 ページ: 139-145
  • DOI: DOI:10.1016/j.electacta.2011.12.068
• [雑誌論文] Electron delocalization in cyanide-bridged coordination polymer electrodes for Li-ion batteries studied bysoft x-ray absorption spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: D. Asakura, M. Okubo, Y. Mizuno, T. Kudo, H. S. Zhou, J.-L. Chen, W.-C. Wang, P.-A. Glans, J.-H. Guo, F.M.F. de Groot, I. Honma
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 84 ページ: 045117.
  • DOI: DOI:10.1103/PhysRevB.84.045117
• [雑誌論文] Ion-induced transformation of magnetism in a bimetallic CuFe Prussian blue analgue (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Okubo, D. Asakura, Y. Mizuno, T. Kudo, H. S. Zhou, A. Okazawa, N. Kojima, K. Ikedo, T. Mizokawa, I. Honma
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 50 ページ: 6269-6273
  • DOI: DOI:10.1002/anie.201102048
• [雑誌論文] プルシアンブルー類似体を用いた Li イオン 2 次電池用電極材料の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大久保將史、本間格
  • 雑誌名: ケミカルエンジニアリング 巻: vol. 56, No. 10 ページ: 791-797
• [学会発表] ナトリウムイオン電池用正極材料P2-Na_x(Mn_yCo_1-y)O_2 の電極特性および電子状態解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 王憲芬、田丸奏、大久保將史、山田淳夫
  • 学会等名: 電気化学会年会
  • 発表場所: 東北大学(宮城県)
  • 年月日: 2013-03-31
• [学会発表] 電位制御条件下の二相分離電極反応における初期核発生メカニズム解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大山剛輔、大久保將史、西村真一、山田裕貴、周 豪慎、山田淳夫
  • 学会等名: 第53回電池討論会
  • 発表場所: ヒルトン福岡シーホーク(福岡県)
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] Development of cyanide-bridged perovskite framework for electrode materials in Li-ion batteries.
  • 著者名/発表者名: M. Okubo, D. Asakura, T. Kudo, H. S. Zhou
  • 学会等名: Solid State Ionics-18
  • 発表場所: Mariott Warsaw(ポーランド)
• [学会発表] リチウムイオン 2 次電池の高性能化を目指した電極材料開発 (0)
  • 著者名/発表者名: 大久保將史
  • 学会等名: 第2回つくばイノベーションフォーラム
  • 発表場所: 筑波大学(茨城県)
  • 年月日: 00001118
• [学会発表] インターカレーション材料の固体物性と電極特性の相関 (0)
  • 著者名/発表者名: 大久保將史
  • 学会等名: 固体イオニクス研究会
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 00001021