| 研究課題/領域番号 |
26420722
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
冨田 靖正 静岡大学, 工学研究科, 准教授 (50303532)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 正極活物質 / 二次電池 / フッ化物 / 高エネルギー密度 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、リチウムイオン二次電池の正極活物質として高い性能を示すことが期待されるフッ化物系化合物について、高容量を実現しているFeF3系化合物は、化学式中にLiイオンを含まないことから、既存の電池システムに直接使用できない。そこで、本研究では、Liイオンを含む化合物の探索・評価、および、高起電力が期待できるMFx(M = Mn, Ni, Co；x = 2, 3)とLiFの複合フッ化物の合成・評価を行い、高いエネルギー密度が期待される化合物の探索・合成、理論容量を達成するための化合物修飾、電池の作製と評価を進めている。
今年度は、LiF-MFx系化合物の合成として、LiFe2F6、Li3FeF6、Li2NiF4、LiMnF4、LiMn2F5、Li2CoF4等の合成と評価を行った。各試料について電池特性を評価したところ、50mAh/g程度の値が多かったが、Li2NiF4では120mAh/gの放電容量を得た。目標としている容量には届いていないが、Li含有フッ化物としては大きな放電容量といえる。この系の化合物は電子伝導性だけでなく、イオン伝導性も低いため、試料の微粒子化と導電剤複合化を行うことで電池特性が発現し、放電容量を得られることが分かった。しかし、充放電時に大きな電流を流せないことから、試料の導電性の更なる改善が必要であり、現在、FeF3の特性改善に効果があった表面修飾を進めている。
一方、酸化物半導体の一つでもあるNiOを原料とすることで導電性の向上が期待できると考え、LiF-NiF2のNiF2をNiOに置き換えたLiF-NiO系化合物を合成したところ、放電電圧3.6V、200mAh/gを超える高い充放電特性を得た。市販電池に使用されている正極材料を凌ぐ電池特性であり、現在、この系の化合物開発を重点的に進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初予定していたフッ化物の合成を一通り完了し、各化合物の評価を行った。フッ化物に関しては、目的の化合物の大半を合成できており、期待したほどの容量を示していないが、化合物の導電性に原因があることから、それぞれに対して、微粒子化や導電性向上のための表面修飾を進めており、今年度の研究計画に沿って、順調に推移している。
上記に加え、26年度の前半の結果から着想した新たな化合物系に取り組み、既存の材料を超える200mAh/g以上の放電容量を得ている。新規化合物においては、充放電中の材料の構造および原子価状態の変化についても測定を試みており、物性測定に関しても27年度に予定していた事項の一部を既に進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
LiF-MFx系化合物については、各化合物単体の評価および微粒子化を終えており、既に進行中であるが、当初の予定通り、表面修飾による導電性改善を進め、放電容量の向上を目指す。また、複数の遷移金属を含む化合物の合成にも取り組む。
LiF-NiO系化合物については、新たに取り組んでいる化合物であり、まずは合成条件の詳細な検討、NiO以外の原料を用いることによる更なる特性改善を目指す。また、この系は、充放電挙動が非常に興味深いものであるため、充放電前、充放電中、充放電後の各ステージにおける化合物の変化を解析したいと考えている。そのため、各ステージにおけるXRD、SEM、TEM、元素分析、ESCAなどを測定し、合成条件の変化や原料変化に伴う物性変化との関連も含めて詳しく観測し、高エネルギー密度を持つ化合物の開発とその充放電メカニズムの解明を目指す。
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