Development of Cathode Materials in Conjugated Pi Electron Systems for Next-Generation Secondary Batteries

下一代二次电池共轭π电子体系正极材料的开发

• 批准号: 21K14399
• 负责人: 石井 暁大
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14399/
• 关键词: ニトリドボレート; 共役π電子; 窒化物; 二次電池; リチウムイオン電池; 全固体電池; 正極; π電子系; 共役系

主な成果は次の2点である。[1] ルチル型Li3BN2単相試料の合成に成功: 試料合成法を工夫し、XRDレベルでルチル型Li3BN2単相試料を合成した。昨年度までにアナターゼ型と単斜晶型の単相試料の作製に成功していたので、これで既知の全て多形について単相試料が揃った。なお、MAS-NMR分析ではBを含む微量の不純物があると示唆された。[2] 元素欠陥を含むルチル型Li3BN2を合成: ルチル型Li3BN2へのC, Mg, S, Al, Si, Ga添加を、窒化物原料および単体原料などを用いて固相反応法で試みた。格子定数の変化 (べガード則) より、Siは少なくとも 5 mol%、Mg は6 mol% 程度固溶する と示唆された。固溶サイトについては密度汎関数理論に基づく第一原理計算を用いて現在調査中である。ACインピーダンス分光法で測定したS, Si, Mg添加試料の電気伝導度は、無添加試料と比較し10倍高かったが活性化エネルギーは変化しなかった。一方で、ヨウ素-アセトニトリル溶液を用いて作製したLi欠損試料は無添加試料と比較し黄色みを呈し、100倍以上高い電気伝導度を示し、活性化エネルギーも半減した。Li欠損試料はルチル型構造が維持されてたが、ICP-MS組成はLi2.2BN2となっていた。このLi欠損試料を用いて液系電池を作製したが、その充放電作動を支持する結果は得られなかった。その原因は現在調査中である。

主要结果有以下两点。 [1]成功合成金红石型Li3BN2单相样品：通过设计样品合成方法，我们在XRD水平上合成了金红石型Li3BN2单相样品。直到去年，我们已经成功创建了锐钛矿型和单斜晶型的单相样品，因此我们现在拥有所有已知多晶型物的单相样品。此外，MAS-NMR分析表明存在微量杂质，包括B. [2]含有元素缺陷的金红石型Li3BN2的合成：我们尝试使用氮化物原料和简单原料，通过固相反应方法在金红石型Li3BN2中添加C、Mg、S、Al、Si和Ga。根据晶格常数的变化（维加德定律），表明至少有 5 mol% 的 Si 和约 6 mol% 的 Mg 溶解在固溶体中。目前正在使用基于密度泛函理论的第一原理计算来研究固溶体位点。交流阻抗谱测得S、Si、Mg掺杂样品的电导率比未掺杂样品高10倍，但活化能保持不变。另一方面，使用碘-乙腈溶液制备的缺锂样品颜色呈淡黄色，电导率比未添加的样品高100倍以上，并且活化能减半。缺锂样品保持金红石结构，但 ICP-MS 成分为 Li2.2BN2。使用这种缺锂样品制造了液体电池，但没有获得支持其充电/放电操作的结果。目前原因正在调查中。