全固体電池の高エネルギー密度化に向けたアモルファス遷移金属酸化物正極活物質の創製

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遷移金属酸化物及び低融性リチウム塩からなるアモルファス酸化物正極活物質の開発と、酸化物型全固体電池への応用及びその充放電機構の解析を行った。添加するリチウム塩としてLi2SO4やLi3PO4,Li3BO3,Li2CO3,LiNO3を検討し、イオン・電子伝導性及び成形性の評価を行った。その中でも、Li2SO4を用いた際、成形性とイオン伝導性が高いことがわかり、全固体電池において、最も高容量を示した。また、遷移金属酸化物として、以前までに検討してきたLiCoO2に加えて、Li2RuO3やLi(NiMnCo)O2(NMC)などを評価した。Ni含量の異なるNMCベースのアモルファス活物質を用いた場合、Ni含量の増大とともに、容量が増大し、最大で250 mAh g-1程度の高容量が得られた。一方で、活物質からの酸素ガス発生が原因で、サイクル特性向上には課題が残っている。またリチウム過剰系活物質であるLi2RuO3をベースとしたアモルファス正極活物質においては、270 mAh g-1の高容量と高サイクル特性を達成した。この高容量は従来のRuのカチオンレドックスに加え、可逆的に酸化物アニオンレドックス反応も進行したために得られていることをXPS,XANES測定を用いて見出した。今回、初めてバルク型全固体電池において、酸化物アニオンレドックスによる高容量発現を達成した。また、充放電時における構造変化をXRD及びTEMを用いて解析したところ、立方晶岩塩型構造とアモルファス構造を可逆的に変化することを見出した。また今回開発したLi2RuO3-Li2SO4系正極活物質を用いたリチウムイオン電池も同様に作製し、その充放電特性を評価したところ、350 mAh g-1の非常に高容量が得られることも分かっている。このように、アモルファス正極活物質は、魅力的な電極材料であることを見出すことができた。