リチウムイオン電池を凌ぐ高エネルギー密度マグネシウム蓄電池の開発

开发超越锂离子电池的高能量密度镁蓄电池

• 批准号: 17J08120
• 负责人: 下川 航平
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08120/
• 关键词: マグネシウム蓄電池; スピネル型酸化物; 高濃度電解液; 高エネルギー密度; 高サイクル特性; 中温作動; 溶媒和イオン液体

本研究は，高エネルギー密度を有するマグネシウム蓄電池の実現を目指した新規正極材料および電解液の開発を目的としている．本年度は，特にスピネル型酸化物正極の研究において顕著な成果が得られた．蓄電池の正極材料には，高電位や高容量というエネルギー密度に直結する性能に加えて，高いサイクル特性が求められる．これまでの研究から，MgCo2O4などのスピネル型酸化物が高電位かつ高容量の正極材料として作動することを明らかにしているものの，サイクル特性が乏しいことが問題点であった．これらのスピネル型酸化物ではMgイオンの挿入（放電）に伴い岩塩型構造への構造相転移を生じ，それが二相共存反応で生じることから(i)粒子表面で生成する岩塩相がMgイオンの拡散を阻害することや(ii)スピネル相と岩塩相の二相界面における局所ひずみが引き起こす活物質の破壊が劣化の要因として考えられた．そこで，二相共存反応を回避したMgイオンの挿入を可能にする方策として，これまでは化学量論組成のスピネル型酸化物AB2O4に着目していた一方で，八面体サイトにカチオン欠損を有する欠陥スピネル型酸化物ABO3の利用を着想した．さらにこれまでの研究で構築したカチオン選択の指針に従って組成を定め，有望な材料としてZnMnO3に着目して詳細な調査を行った．その結果，従来の化学量論組成のスピネル型酸化物では10-20サイクル程度で容量の低下が見られる一方で，欠陥スピネル型酸化物ZnMnO3では主に単相反応で充放電が進行し，約100 mAh/gの比較的高い容量と2.5 V程度（Mg基準）の高い電位を保ちながら100サイクルを超える高サイクル特性が得られることが明らかとなった．以上から，高エネルギー密度と高サイクル特性を両立するスピネル型酸化物の設計指針として，欠陥スピネル型構造に着目した単相反応の利用が有効であることを示した．

In this study, the purpose of this study is to use high-density batteries and new cathode materials and electrolyte solutions. This year, the results of the research on the special acid compound cathode were achieved. The positive electrode material of the battery is good, the high potential and high capacity are good, the density is straight and the performance is high, and the high potential and high capacity are good.これまでの Research から, MgCo2O4 などのスピネル type acid compound が high potential か つ high capacity cathode materialとしてactionすることを明らかにしているものの,サイクルcharacteristicsが lackしいことがproblem pointsであった．これらのスピネル-type acid compound ではMgイオンのinsertion (discharge) に本いIwa 塩-type structure へのstructure The two phases coexist and react, and the two phases coexist and react. (i) The surface of the particle is not generated. The two-phase boundary of the rock and cross phase and the two phases of the rock and cross phase. The main reason for the deterioration of the living substance is the main reason for the deterioration of the surface.そこで, two-phase coexistence reaction したMgイオンのinsertion をpossible にするstrategy として, これまでは stoichiometric composition のスピネル acid compound The purpose of AB2O4 is to use one side, and the use of octahedron type acid compound ABO3 is to consider.さらにこれまでの Research でConstruction したカチオン选択のPointer に従ってComponent をIt is determined that the promising material ZnMnO3 has been investigated in detail. As a result, the stoichiometric composition of the stoichiometric acid compound is 10-20 サイクル and the capacity is low. The main one is the ZnMnO3 acid compound ZnMnO3, which is the main one and the charge and discharge are carried out in reverse, about 100 Comparatively high capacity in mAh/g 2.5 V degree (Mg standard) の高いpotential をちながら100サイクルを超える高サイクル Characteristics がget られることが明らかとなった． The above is the design guideline for the high density and high density properties of the acidified acid compound. The needle is the same, the structure is the same as the original structure, and the purpose is to use it effectively.

项目成果

非水電解質二次電池、非水電解質二次電池用の正極活物質およびその製造方法

非水电解质二次电池、非水电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法

• 发表时间: 2019

水熱法を用いたマグネシウム二次電池用正極材料ZnCo2O4の合成と電気化学特性評価

水热法合成镁二次电池正极材料ZnCo2O4及电化学性能评价

• 发表时间: 2017
• 作者: K. Shimokawa;H. Matsumoto and T. Ichitsubo;畠山 拓也，下川 航平，李 弘毅，内本 喜晴，岡本 範彦，市坪 哲;紺谷 昌司，万代 俊彦 ，下川 航平，市坪 哲，金村 聖志
• 通讯作者: 紺谷 昌司，万代 俊彦 ，下川 航平，市坪 哲，金村 聖志

Zinc-based spinel cathode materials for magnesium rechargeable batteries: toward the reversible spinel-rocksalt transition

• DOI: 10.1039/c9ta02281c
• 发表时间: 2019-05-21
• 期刊: JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A
• 影响因子: 11.9
• 作者: Shimokawa, Kohei;Atsumi, Taruto;Ichitsubo, Tetsu
• 通讯作者: Ichitsubo, Tetsu

ロッキングチェア型Mg-Liデュアルソルト蓄電池開発に向けて

迈向摇椅式镁锂双盐蓄电池的开发

• 发表时间: 2017
• 期刊: 電池技術
• 作者: Shimokawa Kohei;Atsumi Taruto;Harada Maho;Ward Robyn E.;Nakayama Masanobu;Kumagai Yu;Oba Fumiyasu;Okamoto Norihiko L.;Kanamura Kiyoshi;Ichitsubo Tetsu;市坪 哲，李 弘毅，下川 航平，八木 俊介
• 通讯作者: 市坪 哲，李 弘毅，下川 航平，八木 俊介

スピネル型MgMn2O4における電気化学的Mg挿入脱離

尖晶石型 MgMn2O4 中的电化学镁嵌入和脱附

• 发表时间: 2019
• 作者: K. Shimokawa;M. Nakayama;Y. Kumagai;F. Oba;N. L. Okamoto;K. Kanamura;T. Ichitsubo;下川 航平，中山 将伸，熊谷 悠，大場 史康，岡本 範彦，金村 聖志，市坪 哲;畠山 拓也，下川 航平，李 弘毅，中尾 愛子，内本 喜晴，岡本 範彦，市坪 哲
• 通讯作者: 畠山 拓也，下川 航平，李 弘毅，中尾 愛子，内本 喜晴，岡本 範彦，市坪 哲