High-pressure synthesis of novel iron-containing fluorides /oxyfluorides as electrode materials for energy storage

高压合成新型含铁氟化物/氟氧化物作为储能电极材料

基本信息

批准号：
21F21727
负责人：
稲熊宜之
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Gakushuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

フッ素を含む遷移金属化合物はフッ素の高い電気陰性度に起因した高電位・高エネルギー密度を実現する二次電池の活物質として期待されている。一方、合成の困難さゆえにそれほど多くの化合物については検討されておらず、その可能性がまだ十分に明らかにされていない。そこで、本研究では高圧合成法を用いて鉄をはじめ遷移金属を含む新規遷移金属フッ化物および酸フッ化物の合成を行い、リチウムおよびナトリウム二次電池の活物質としての応用の可能性を明らかにすることを目的とした。令和3年度の研究の中で、LiFe2F6をはじめAMM'F6 の組成をもつ複合フッ化物の新規相の合成に成功し、LiFe2F6において良好な電気化学特性を示すことを明らかにした。令和4年度はA3MF6組成の遷移金属フッ化物も対象として、高圧合成を行い、構造変化と電気化学特性の関係について調べた。具体的にはマルチアンビル型高温高圧装置を用いて高圧合成を行い、得られた遷移金属フッ化物について研究室の粉末X線回折装置を用いて相の同定を、そして、大型放射光施設SPring8において放射光粉末X線回折測定を行い、測定した回折データを用いてリートベルト解析により構造の精密化を行った。さらに、得られた試料を電極活物質として電池を作製し、充放電試験を行うことにより電気化学特性を調べた。特にLi3VF6について研究を行い、高圧合成により斜方晶の新規相を見出した。この中で、ミクロンサイズの前駆体を用いた高圧合成では5GPaの圧力が必要であるのに対して、ナノサイズの前駆体を用いることにより、2.5GPaというより低い圧力で新規相の合成が可能になることを明らかにし、高圧合成における前駆体の重要性を示した。特別研究員が帰国後も連絡を取り合い、共同研究を継続している。

由于氟的高电负性，含氟过渡金属化合物有望成为实现高电势和高能量密度的二次电池的活性材料。另一方面，由于合成困难，研究的化合物并不多，其潜力尚未完全阐明。因此，本研究采用高压合成方法合成了含有铁等过渡金属的新型过渡金属氟化物和氟氧化物，并阐明了它们作为锂、钠二次电池活性材料应用的可能性。在我们2021年的研究中，我们成功合成了一种新相的复合氟化物，其成分为AMM'F6，其中包括LiFe2F6，并揭示了LiFe2F6表现出良好的电化学性能。 2020财年，我们进行了A3MF6成分的过渡金属氟化物的高压合成，并研究了结构变化与电化学性能之间的关系。具体而言，我们使用多砧型高温高压装置进行了高压合成，并使用我们实验室的粉末X射线衍射装置鉴定了所得过渡金属氟化物的相。进行了射线衍射测量，并使用测量的衍射数据通过 Rietveld 分析对结构进行了细化。此外，使用所获得的样品作为电极活性材料来制作电池，并且通过进行充电/放电试验来研究电化学特性。特别是，我们对Li3VF6进行了研究，并通过高压合成发现了一种新的斜方相。其中，使用微米级前驱体的高压合成需要5 GPa的压力，但通过使用纳米级前驱体，可以在2.5 GPa的较低压力下合成新相。作者证明了前驱体的重要性。高压合成。即使特别研究人员返回日本后，他们仍保持联系并继续共同研究。