2016 Fiscal Year Annual Research Report
Guidelines for increasing the capacity of nano-domain dispersed positive electrode materials developed by X-ray diffraction spectroscopy analyses
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26246007
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
松原 英一郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (90173864)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
豊田 智史 京都大学, 工学研究科, 助教 (20529656)
市坪 哲 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40324826)
水木 純一郎 関西学院大学, 理工学部, 教授 (90354977)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | X線回折 / 固容体正極 / 異常分散 / リチウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまでにEVやPHEVなどの電気自動車用車載蓄電池の正極活物質材料として注目されている高電位系や固溶体系などの活物質で、サイクル劣化の原因となるリチウムイオン脱離に伴う活物質構造の不安定化に着目し、これら活物質材料の充放電過程での構造変化を詳細に解析することで、その不安定化メカニズムを明らかにする研究に取り組んできた。そして、ここで得られる知見に基づいて、新たなナノドメイン分散型材料(NDD) を提案する研究を実施してきた。ナノドメイン分散型材料(NDD)とは、リチウムイオンの挿入脱離が容易な層状岩塩構造酸化物中に、リチウムイオン脱離時の層状構造不安定化を防止するための類似構造酸化物のナノピラーを設け、既存のリチウムイオン蓄電池高容量化に有効な正極材料である。昨年度の研究では、遷移金属イオンがカチオンミキシングした層状岩塩構造のLiNiO2活物質中の充放電過程でのニッケル金属イオンの構造変化を、Ｘ線回折分光法(XDS)と呼ばれる手法で解明した。ここでの研究成果を活用し、本年度は、LiNiO2-Li2MnO3「コンポジット」材料にXDS法を適用し、様々な充放電状態での遷移金属の動きを解明した。この実験では、異なる充電深度の試料について、XDS法を用いてNi、Mn各金属イオンの周りの構造を解析した。その結果、ナノピラー領域の存在を確認し、さらにこの領域にはNiが含まれておらず、層状岩塩構造をした母相領域に主にNiが含まれていることを明らかにした。これらの知見を統合し、ナノピラー領域を形成する213相安定化元素の添加によるナノピラー領域安定化と、112相中のリチウムイオン層のカチオンミキシングを起こしたNi元素の安定化のための遷移金属元素の添加などの複合効果により、高容量化とサイクル劣化抑制を両立できるNDD電極材料の材料設計指針を提案した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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