ポストリチウム電池用ポリアニオン系新規電極材料の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205124
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 岡田 重人 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教授 (10304841)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江頭 港 九州大学, 先導物質化学研究所, 助手 (20304842) ; 山木 準一 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (70294981)
• Keywords: リチウム二次電池 / 正極活物質 / インターカレーション / ホスト化合物

Research Abstract

安価かつ安全なポストリチウムイオン二次電池用電極活物質の実現をめざし、リン酸、リン酸縮合塩、ホウ酸、ケイ酸、フッ素含有系へと系統的にポリアニオン正極物質群の探索を行なっている。平成15年度の主な成果は下記の通り。
1)リン酸鉄の安価簡便合成プロセスの開発:不活性ガス中での合成が不可欠なオリビン型LiFePO_4に対し、より安価で簡便な大気中合成が可能な三方晶FePO_4に着目し、溶融急冷法による瞬間合成に成功した。また、鉄とリン酸という最も安価な出発原料の組み合わせからなる湿式合成による非晶質体の合成にも成功し、固相反応で合成したオリビン型LiFePO4に匹敵する可逆容量を安価短時間プロセスで得ることを可能にした。
2)オリビン型LiMPO_4のフッ素化による大容量化:既知オリビン型正極の高電圧化、大容量化を図るため、そのフッ素化物であるLi_2CoPO_4Fという新規物質相の合成に成功し、中性子回折によりその結晶構造を決定した。その理論容量はオリビン型LiCoPO_4の2倍であり、放電電圧は4.8Vに達した。
3)最軽量ポリアニオンホウ酸系での大容量化:最も安価軽量ポリアニオンであるBO_3ホウ酸基をもつカルサイト型MBO_3において市販黒鉛系負極を凌ぐ比容積可逆容量を得ることに成功した。また、BO_3がネットワークフォーマであることを利用し、その溶融急冷法による非晶質化とLiドープを試み、初期サイクルの不可逆容量低減効果を確認した。

Research Products

• [Publications] 上坊泰史: "Cathode Properties of Pyrophosphates for Rechargeable Lithium Batteries"Solid State Ionics. 148. 323-328 (2002)
• [Publications] 馬場泰憲: "Thermal Stability of LiCoO_2 cathode for Lithium Batteries"Solid State Ionics. 148. 311-316 (2002)
• [Publications] 山木準一: "Phase Separation of Intercalation Electrode"Ionics. 8. 53-61 (2002)
• [Publications] 陳亦可: "Perparation of Ferri Phosphate and Its Application to Lithium Battery"J.of Huaqiao University. 23. 407-411 (2002)
• [Publications] 上坊泰史: "Electrochemical Sodium Insertion into the 3D framework of Na_3M_2(PO_4)_3(M=Fe, V)"The Reports of Institute of Advanced Material Study. 16. 1-5 (2002)
• [Publications] 岡田重人: "Structure and Battery Properties of LiCoPO_4 and Li_2CoPO_4F"Activity Report on Neutron Scattering Research. 9. 86-87 (2002)
• [Publications] 岡田重人: "Structure and Battery Properties of Calcite-type MBO_3 (M=V, Fe)"Activity Report on Neutron Scattering Research. 9. 88-89 (2002)
• [Publications] 上坊泰史: "Electrochemical Alkali Metal Intercalation into the 3D framework of MP_2O_7 (M=Mo, W)"Electrochemistry. 71. 308-312 (2003)
• [Publications] 上坊泰史: "Electrochemical Insertion of Lithium and Sodium into (MoO_2)_2P_2O_7"J.Power Sources. 115. 119-124 (2003)
• [Publications] 岡田重人: "Anode Properties of Calcite-type MBO_3 (M:V, Fe)"J.Power Sources. 119-121. 621-625 (2003)
• [Publications] Nick Iltchev: "LiFePO_4 Storage at Room and Elevated Temperatures"J.Power Sources. 119-121. 749-754 (2003)
• [Publications] 岡田重人: "Charge-discharge Mechanism of LiCoPO_4 Cathode for Rechargeable Lithium Batteries"Electrochemistry. 71. 1136-1138 (2003)
• [Publications] 山木準一: "二次電池材料この10年と今後"CMC出版. 11 (2003)