2002 Fiscal Year Annual Research Report
量子化学計算に基づいた次世代リチウムイオン電池用正極材料の開発
Project/Area Number |
02J05208
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Research Institution | Nagoya University |
Principal Investigator |
小山 幸典 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(PD)
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Keywords | リチウムイオン電池 / リチウム遷移金属化合物 / 正極材料 / 量子化学 / 計算材料科学 |
Research Abstract |
本研究では,次世代リチウムイオン電池に重要な新規高電位正極材料を開発するために,量子化学計算を用いた特性の理論予測と従来の電気化学的実験的を組み合わせた新しい材料開発手法によって,迅速な材料探索を目指している. 高電位正極材料の候補を探索するために,様々な遷移金属化合物の電極電位を,量子化学計算を用いて理論的に予測したところ,リチウム・ニッケル・リン複合酸化物において,5Vを超える電位が予測された.ニッケルを鉄で置き換えた化合物は,リチウムイオン電池用の正極材料として研究されているが,電位は約3.5Vと低い.本研究で見つけた化合物は鉄をニッケルに置き換えただけであるので,リチウムイオン電池の正極として十分機能することが期待でき,また,安定なニッケルの+2価の状態を使用することから,電池の安全性の向上も期待できる. 現在のリチウムイオン電池の正極材料にはリチウム・コバルト酸化物が使用されているが,これに代わる大容量正極材料の一つとして,リチウム・ニッケル酸化物が期待されている.しかし,この材料は安全性に問題があった.本研究では,ニッケルの半分をマンガンに置き換えると,+2価のニッケルイオンと+4価のマンガンイオンに電荷が分離し,この結果,極めて安定な化合物ができることを,量子化学計算を用いて発見した.この新しい化合物の電位はリチウム・ニッケル酸化物やリチウム・コバルト酸化物とほぼ同じであることから,従来のリチウム・コバルト酸化物を置き換え,かつ,大容量・高安全性を得ることができる新規正極材料として期待できる.
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