スピネル型リチウムマンガン酸化物の結晶構造及び電子構造に関する研究

リチウムイオン二次電池の中で、正極材料としてスピネル型リチウムマンガン酸化物の研究が活発となっている。また、安全性が非常に重要な研究要素として重要になっており、現在でも基礎から応用に至るまで、盛んに研究が進められている。これらの物質は単結晶作製の困難さから粉末試料による研究が多数であり、単結晶による研究例は非常に少数である。そこで、単結晶試料合成法の確立、X線結晶構造、物性測定、第一原理計算手法による電子状態計算との比較によりスピネル型の結晶構造を有する、アルカリ遷移金属酸化物の結晶構造、電子構造等の詳細を明らかにし、また結晶粒子サイズの制御による電池材料としての性能向上を視野に入れて研究を遂行した。平成18年度の成果においては、低温溶融塩法やフラックス法等による新規合成方法を確立し、スピネル型リチウムマンガン酸化物ニッケル置換体(LiMn_<1.5>Ni_<0.5>O_4)について、焼成時間、温度、雰囲気等の制御より、結晶性が非常に良く且つサイズ制御制御可能な単結晶粒子の作製に成功し、電気化学測定により電池特性を評価した。結果、数十ミクロンサイズの結晶粒子により作製した二次電池は、サブミクロンの二次結晶粒子と比較して、そのレート特性の向上が期待されることが明らかとなった。また、金属置換していないスピネル型リチウムマンガン酸化物の単結晶試料を合成し、リチウムとマンガンの組成比を詳細に決定し、結晶構造、電子密度分布の詳細を論文誌上に報告した。また、二次電池正極材料として最も使用されている層状構造を有するコバルト酸リチウムの結晶構造の精密解析に成功した。また、LiMn_2O_4においては、単結晶粒子により8000点以上の低温X線散乱強度を用いて斜方晶電子密度分布解析に成功し、Mn^<3+>/Mn^<4+>のorderingの可視化に成功した。この成果は、本年度は間に合わなかったが、早急に学術論文として報告したい。最後に本研究を採択して頂いた事に感謝の意を表します。

リチウムイオン二次電池の中で、正極材料としてスピネル型リチウムマンガン酸化物の研究が活発となっている。また、安全性が非常に重要な研究要素として重要になっており、現在でも基礎から応用に至るまで、盛んに研究が進められている。これらの物質は単結晶作製の困難さから粉末試料による研究が多数であり、単結晶による研究例は非常に少数である。そこで、単結晶試料合成法の確立、X線結晶構造、物性測定、第一原理計算手法による電子状態計算との比較によりスピネル型の結晶構造を有する、アルカリ遷移金属酸化物の結晶構造、電子構造等の詳細を明らかにし、また結晶粒子サイズの制御による電池材料としての性能向上を視野に入れて研究を遂行した。平成18年度の成果においては、低温溶融塩法やフラックス法等による新規合成方法を確立し、スピネル型リチウムマンガン酸化物ニッケル置換体(LiMn_<1.5>Ni_<0.5>O_4)について、焼成時間、温度、雰囲気等の制御より、結晶性が非常に良く且つサイズ制御制御可能な単結晶粒子の作製に成功し、電気化学測定により電池特性を評価した。結果、数十ミクロンサイズの結晶粒子により作製した二次電池は、サブミクロンの二次結晶粒子と比較して、そのレート特性の向上が期待されることが明らかとなった。また、金属置換していないスピネル型リチウムマンガン酸化物の単結晶試料を合成し、リチウムとマンガンの組成比を詳細に決定し、結晶構造、電子密度分布の詳細を論文誌上に報告した。また、二次電池正極材料として最も使用されている層状構造を有するコバルト酸リチウムの結晶構造の精密解析に成功した。また、LiMn_2O_4においては、単結晶粒子により8000点以上の低温X線散乱強度を用いて斜方晶電子密度分布解析に成功し、Mn^<3+>/Mn^<4+>のorderingの可視化に成功した。この成果は、本年度は間に合わなかったが、早急に学術論文として報告したい。最後に本研究を採択して頂いた事に感謝の意を表します。