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新奇アモルファス遷移金属酸化物正極材料の創製と反応メカニズム解析

新型非晶过渡金属氧化物正极材料的制备及反应机理分析

基本信息

批准号：
18H03930
负责人：
辰巳砂昌弘
金额：
$ 28.45万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高安全性と高エネルギー密度を兼ね備えた全固体電池の実現には，全固体電池に適した酸化物系電極活物質の開発が重要となる．電極活物質としては結晶性の材料が数多く研究されてきたが，本研究では，大きな自由体積を有するアモルファス材料に着目した．酸素のレドックスの発現とその高効率利用による高エネルギー密度化と長寿命化，さらには全固体電池特有の課題である良好な固体界面の形成を実現する新奇なアモルファス酸化物電極活物質の創製を目指した．H30年度は, Na0.7CoO2及びNa2RuO3といった遷移金属酸化物結晶と, NaNO3，Na2SO4，及びNa3PO4などのオキソ酸塩の混合物に対して, メカノケミカル処理を行うことによって，新規なアモルファス電極材料を作製した．オキソ酸塩を添加してアモルファス化することによって，粉末成形体のナトリウムイオン伝導度や成形性が向上（成形体の相対密度が増加）した．一例として，Na0.7CoO2結晶粉末およびNa0.7CoO2の単独メカノケミカル処理試料では，室温で360 MPaの一軸プレスによって作製した成形体の相対密度は，それぞれ65％，76％であったが、新規に作製した80Na0.7CoO2・20NaNO3(mol%)のアモルファス電極材料の粉末成形体においては，87％の高い相対密度が得られた．粉末成形体のナトリウムイオン伝導度は，NaNO3を添加してメカノケミカル処理を行うことで，NaNO3を添加しない場合と比較して，3倍以上に増加することが分かった．作製したアモルファス酸化物電極材料はいずれも全固体電池において可逆充放電が可能であり，オキソ酸塩を含む活物質重量当たり約150 mAh g-1の比較的大きな可逆容量を示すことが分かった．

High safety, high density, and preparation of solid state batteries are important for the development of active materials in solid state batteries. The electrode active material has been studied for a long time. High efficiency utilization of acid in solid state batteries, high density and long life, and the unique problem of solid state batteries, the formation of a good solid interface, the development of novel acid electrode active substances, Na0.7CoO2 and Na2RuO3, the crystallization of migrating metal acids, NaNO3, Na2SO4, etc. and Na3PO4, and the preparation of electrode materials. In addition, the conductivity and formability of the powder compact increase (the relative density of the compact increases). For example, Na0.7CoO2 crystalline powder and Na0.7CoO2 crystalline powder were treated with Na0.7CoO2 at room temperature of 360 MPa. The phase density of the molded body was 65%, 76%, 80Na0.7CoO2·20 NaNO3 (mol%), and 87%. The conductivity of powder molded body is increased by more than 3 times when NaNO3 is added. The electrode material of acid compound has a reversible charge capacity of about 150 mAh g-1 for all solid batteries.