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。

近年来，有报道称，低结晶氧化铁作为锂离子二次电池的正极材料，表现出比氧化铁结晶材料更高的电池性能，表明降低结晶度对于提高电池性能是有效的。据信，这种低结晶材料独特的缺陷结构有助于电池性能的提高。因此，在本研究中，我们将通过复合氧化铁材料来控制材料的缺陷结构，利用二体相关函数分析对缺陷结构进行定量评估，明确缺陷结构与电池性能之间的相关性。研究的目的是阐明结构提高电池性能的机制以及控制电池性能的结构要素。在2022财年，我们（1）优化了氧化铁非晶复合材料的合成条件，（2）评估了合成样品的物理性能和电池性能。 (1)使用行星式球磨机进行氧化铁材料复合，改变旋转速度、混合时间等。然后，通过所获得的样品的XRD测量来评价材料的结构。结果，他们通过优化合成条件，成功合成了氧化铁非晶态复合材料。 (2)通过电化学阻抗测量、循环伏安法和充放电测试来评价合成的氧化铁非晶复合材料的物理性能、倍率和循环特性。结果，通过复合氧化铁材料，降低了电荷转移电阻并提高了离子电导率。还表明，氧化铁非晶态复合材料表现出比普通非晶态氧化铁更高的倍率和循环特性。