PDF解析による低結晶性酸化鉄カソード材料の高電池性能発現メカニズムの解明

利用 PDF 分析阐明低结晶氧化铁正极材料高电池性能的机制

• 批准号: 22K14766
• 负责人: 高橋 勝國
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14766/
• 关键词: リチウムイオン二次電池; 正極材料; アモルファス材料

近年、低結晶性の酸化鉄がLiイオン二次電池のカソード材料として、酸化鉄結晶材料よりも高い電池性能を示すことが報告され、結晶性の低減が電池性能の向上に有効であることが示された。そして、この低結晶性材料に特有な欠陥構造がこの電池性能の向上に寄与していると考えられている。そこで本研究では、酸化鉄の材料複合化によって材料の欠陥構造を制御し、二体相関関数解析で定量的に欠陥構造を評価することで、欠陥構造と電池性能の相関性を明確にし、欠陥構造が電池性能を向上するメカニズムと電池性能を支配する構造的要素を解明することを目的とした。2022年度は、(1)酸化鉄アモルファス複合材料の合成条件の最適化と(2)合成した試料の物性および電池性能評価を行った。(1)酸化鉄の材料複合化は、遊星ボールミルを用いて行い、回転数や混合時間等を変化させた。そして、得られた試料のXRD測定によって、材料の構造を評価した。その結果、合成条件を最適化することで酸化鉄アモルファス複合材料の合成に成功した。(2)合成した酸化鉄アモルファス複合材料の物性とレートおよびサイクル特性を評価するために電気化学インピーダンス測定、サイクリックボルタンメトリー、充放電試験を行った。その結果、酸化鉄の材料複合化によって、電荷移動抵抗が低減し、イオン伝導度が向上した。また、酸化鉄アモルファス複合材料は、通常のアモルファス酸化鉄と比較して高いレート特性およびサイクル特性を示すことが明らかになった。

最近，据报道，低晶氧化铁比氧化铁晶体材料作为锂离子二级电池的阴极材料表现出更高的电池性能，这表明降低结晶度有效地改善了电池的性能。据信，这种低结晶材料独有的缺陷结构有助于改善电池性能。因此，这项研究旨在通过结合氧化铁材料来控制材料的缺陷结构，并使用两体相关功能分析定量评估缺陷结构，以阐明缺陷结构与电池性能之间的相关性，并阐明缺陷结构改善电池性能和控制电池性能的结构元素的机制。在2022财年中，（1）优化了氧化铁无定形复合材料的合成条件，（2）评估了合成样品的物理性质和电池性能。 （1）使用行星球磨粉制成氧化铁材料，并且旋转速度和混合时间变化。然后通过XRD测量获得的样品评估材料的结构。结果，通过优化合成条件成功实现了氧化铁无定形复合材料的合成。 （2）进行电化学阻抗测量，环状伏安法和电荷/放电测试，以评估合成氧化铁无定形复合材料的物理性能，速率和循环特征。结果，氧化铁材料的复合材料提高了电荷转移电阻，并提高了离子电导率。还已经表明，与常规的无定形铁氧化物相比，氧化铁无定形复合材料表现出更高的速率和循环特性。