2018 Fiscal Year Annual Research Report
Growth and domain suppression effects on ion conductivity of bulk crystals of lithium ion conducting oxides
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16K05930
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
田中 功 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (40155114)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | リチウムイオン伝導体 / チタン酸ランタンリチウム / ニオブ酸ランタンリチウム / コバルト酸リチウム / TSFZ法 / バルク単結晶育成 / イオン伝導度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高容量で安全性の高い全固体リチウムイオン二次電池の開発を目指して、分解溶融酸化物固溶体であるリチウムイオン伝導体酸化物のバルク結晶をTSFZ法により育成し異相のない最適な育成条件を明らかにするとともに、イオン伝導度の異方性やドメインの影響を調べることで、リチウムイオン伝導度劣化のメカニズムを明らかにすることを目的としている。
平成30年度は、チタン酸ランタンリチウムLa2/3-xLi3xTiO3 (LLTi)、ニオブ酸ランタンリチウムLa(1-x)/3LixNbO3 (LLNb)、コバルト酸リチウムLiCoO2の単結晶育成について育成条件（特に種結晶を用いたseed育成、溶媒組成）を検討した結果、直径約5mm、長さ30mm以上の大きさでドメイン構造のない単結晶を育成することができた。LLTi育成結晶においてLi濃度x=0.057であり仕込み組成x=0.117の半分以下であるにもかかわらず[110]において1.64 mS/cmの高いイオン伝導性を示した。LLNbにおいては、Li濃度x=0.071であり仕込み組成x=0.10より低いにもかかわらず[100]において0.11 mS/cmであり多結晶体よりも高いイオン伝導性を示した。LiCoO2育成結晶においては、中性子回折によりLiCoO2化学量論組成に近いことが確認された。
研究期間全体を通じて実施した研究の成果としては、育成条件の最適化より異相やドメイン構造のないLLTi、LLNb、LiCoO2単結晶の育成に成功した。育成単結晶のイオン伝導度の異方性から、焼結体など多結晶体のイオン伝導度では[001]のイオン伝導度が支配的であり低下させていることが明らかになった。今後は、これらのことを踏まえて単結晶を用いたリチウムイオン二次電池への応用に研究を展開して、次世代の全単結晶リチウムイオン二次電池の開発を目指す。
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[Journal Article] Growth of LiCoO2 Single Crystals by the TSFZ Method2019
Author(s)
Shigenobu Nakamura, Andrey Maljuk, Yuki Maruyama, Masanori Nagao, Satoshi Watauchi, Takeshi Hayashi, Yutaka Anzai, Yasunori Furukawa, Chris D. Ling, Guochu Deng, Maxim Avdeev, Bernd Buchner, Isao Tanaka
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Journal Title
Crystal Growth & Design
Volume: 19
Pages: 415-420
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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