| 研究課題/領域番号 |
25810137
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| 研究種目 |
若手研究(B)
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| 研究機関 | 学習院大学 |
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研究代表者 |
森 大輔 学習院大学, 理学部, 助教 (00432021)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 高圧合成 / リチウム二次電池 |
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| 研究概要 |
本研究ではリチウム二次電池の高容量正極材料として期待されているLi2MO3型酸化物について、高圧合成を用いてこれまで合成されていないLi2MO3型酸化物(M:遷移金属)およびLi2MnO3を中心とした固溶体を合成し、組成、構造、電気化学特性との相関から容量発現機構を明らかにする。また、初期充電中に起こる不可逆変化の詳細を明らかにすることを目的とした。
平成25年度は研究計画に基づき、新規Li2MO3型酸化物として、Li2MnO3と異種遷移金属イオンとの固溶系の探索を行った。本研究では4価の遷移金属イオンを含むLi2MO3 型構造を安定化する手段として高圧合成を用いて、合成を行った。X線回折測定の結果、異種金属イオンの固溶に伴い、格子定数の変化に伴う反射のシフトが見られ、反射強度の変化や新たな反射の出現が観測された。また、合成圧力の違いにより、異種金属イオンの固溶量が変化することが示唆された。KClO3を用いて高酸素雰囲気下で合成を行ったところ、通常の高圧条件で合成した試料と比較して、反射のシフトおよび反射強度の変化が見られた。このようにLi2MnO3への異種金属の固溶に伴いX線回折図形の変化が見られ、固溶量や構造は合成圧力や雰囲気に影響を受けると考えられる。しかし、これらの試料は不純物と考えられる相を含んでいたため、電気化学測定を行うことができなかった。今後、合成条件を検討し、単相試料の合成を目指す。
また、Li2MO3型酸化物の充放電機構を明らかにするために、Li2MnO3-Li2RuO3固溶系について、様々な条件で充放電サイクル試験を行った結果、組成および充電終止電圧の違いにより、サイクル特性や平均放電電圧に違いが見られた。
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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
平成25年度は、Li2MO3型酸化物の充放電機構を明らかにすることを目的とし、1. 新規Li2MO3型酸化物の探索を行う、2. Li2MO3型酸化物の合成、構造、電極特性との相関を調べる計画であった。1についてはLi2MnO3への異種金属の固溶によりX線回折図形に変化が見られ、新規Li2MnO3系固溶体の生成が示唆されたが、単相試料は得られなかった。2については新規Li2MO3型酸化物に関しては単相が得られていないことから構造、電極特性との相関の検討には至っていないが、これは想定内の結果である。Li2MnO3-Li2RuO3固溶系については、組成、構造と電極特性の相関を明らかにするために実験をすすめており、新規物質の探索という点ではやや進展が遅れているが、それ以外の点ではおおむね順調に進行していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成26年度は25年度に引き続き、高圧合成により、新規Li2MO3型酸化物の探索を行う。固溶系について単相合成が難しい場合は端成分の合成を中心に行う。また、得られたLi2MO3型酸化物についてはSEM-EDX測定、ICP測定、X線回折測定、X線吸収分光測定を行い、組成、構造、電子状態と充放電特性との相関を検討する。また、Li2MnO3-Li2RuO3固溶系についても同様に検討を進める。電極シートを作成するための自動塗工装置を導入し、充放電測定の精度を高める。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
平成25年度の本研究においては、高圧合成用のアンビルの破損がなかったため、アンビルの購入を見送った。
平成26年度はより精度の高い充放電試験を行うために、電極シートの自動塗工装置を導入する予定である。また、高圧合成の進行に応じて、金カプセル、高圧セル部品、アンビル等の高圧合成用の消耗品を購入する。
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