マイクロ波熱触媒を用いた次世代リチウム二次電池低環境負荷物質の超短時間合成

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本研究は、高性能で安全性が高く低環境負荷な次世代リチウム二次電池用正極物質が、簡便かつ短時間で得られる新しい合成法の開発を目的とし、マイクロ波を化学反応場として利用した合成プロセスを考案し、その学術的研究を行うものである。昨年度までに、マイクロ波を吸収する熱触媒物質として炭素及び金属粉の利用を見出し、これらを含んだ原料にマイクロ波を照射することにより、リチウム鉄系酸化物(LiFePO_4)、リチウムマンガン系酸化物(LiMn_2O_4)を僅か数分間の短時間で合成することに成功した。本年度は、マイクロ波合成に成功したLiFePO_4、LiMn_2O_4を用いて三極式電池セルを作製し、定電流充放電試験、レート特性、サイクル寿命の電気化学的特性を測定し、電気炉焼成による合成法で得られた正極物質と同性能の電池特性を示すことを明らかにした。次に、合成した目的物質の特性向上を目指し、LiMn_2O_4のマイクロ波合成時にFe、ALなどの他元素を熱触媒物質と利用して添加及び置換を行う合成法を考案した。マイクロ波加熱の温度変化の測定結果から金属粉末を熱触媒物質として用いると、使用する金属粉末の種類により異なる反応温度挙動を示すことを明らかにした。マイクロ波合成したリチウムマンガン系酸化物(LiMn_<1-x>M_xO_4)は、他元素添加の効果によるサイクル寿命、レート特性の特性向上が見られることを確認した。今後は、本研究成果で確立したマイクロ波合成法を発展させ、製造時のCO_2削減及び低コスト、低エネルギー化に大きな期待ができる本プロセスの工業化を検討していく予定である。