超臨界流体を用いたリチウム電池用電極材料の革新的合成法の研究

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は、超臨界水熱合成法を用いた高出力型LiMnPO4正極材料およびLiFePO4などのリチウム二次電池正極材料のナノ結晶活物質の合成法開発を行った。これらのリチウム電池電極材料のナノ結晶活物質の安価かつ量産的プロセスの開発により自動車用の高性能リチウム二次電池の普及を大きく前進させることが出きる。ハイブリッド車用電池材料の開発は温暖化対策において最も重要な先端エネルギー技術であり現在世界的な競争が繰り広げられている。本年度の共同研究のポイントは超臨界流体といった反応媒体として可能性に満ちた系を電極材料の合成に応用する画期的なアイディアを検証することにある。超臨界水熱合成の前駆体の適切な選択や溶液中に様々な界面活性剤を加えることにより前駆体である金属化合物の反応性を精密に制御し、その核生成、核成長、結晶モルフォロジーを制御しながら単分散性で数ナノメートルサイズのナノ結晶電極活物質粒子の量産的合成法を開発した。特にプラグインハイブリッド車用の次世代リチウム二次電池電極材料として期待が掛かるオリビン構造LiFePO4やLiMnPO4の超臨界流体合成を行い、これまで例の無い数十ナノメートルレベルの非常に小さいサイズの電極活物質の合成法開発に成功した。これらの結晶構造をTEMなどの電子顕微鏡観察により解析しバルクと異なるナノサイズ活物質の結晶学的特長を明らかにし。さらにナノサイズ活物質の電気化学特性、リチウム二次電池電極活性、充放電サイクル特性などを測定した。平成22年度に置いては、さらに電極材料の作製を高度化して、電池技術に必須の高機能性カーボン電極材料の超臨界流体による合成も試みた。単原子層シートのグラフェンをグラファイトの超臨界流体処理で合成し、その量産性の評価、さらには単原子層特有の炭素構造評価と電気化学特性の評価を行い、リチウム電池電極への応用を検討した。