リチウム資源問題を解決する常温作動型ナトリウム二次電池の開発

开发常温工作钠二次电池解决锂资源问题

基本信息

批准号：
26889074
负责人：
片岡理樹
金额：
$ 0.92万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-08-29 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26889074/
关键词：
ナトリウム二次電池イオン交換無機合成正極材料

项目摘要

リチウム二次電池の電荷単体を資源豊富なナトリウムに置き換えることができると、資源偏在性のあるリチウムを用いず、かつ比較的高エネルギー密度な二次電池を実現可能である。本研究では、高容量かつ長寿命なナトリウム二次電池用正極材料の探索・合成し、電極材料の高性能化を目指すとともに、充放電メカニズムの解明を目的としている。本研究代表者は、高容量リチウム二次電池材料として知られる層状構造を有するLi2MnO3に着目し、この材料中のリチウムを電気化学的にナトリウムとイオン交換することにより、高容量ナトリウム正極材料の開発を試みた。イオン交換により得られたナトリウム正極材料の充放電特性は出発材料の焼成温度により異なり、800℃で作製したLi2MnO3において最も優れた特性を示し、初期放電容量は200 mAh/g以上とリチウム二次電池用正極材料の容量に匹敵する値を示し、容量維持率は30サイクル後において80%以上と既存のナトリウム正極材料と比べ同等以上であった。また、本研究で得られた高容量正極材料についてナトリウム挿入脱離過程における結晶構造の変化も調査した。X線回折測定および透過電子顕微鏡観察の結果から、ナトリウム挿入により、Li2MnO3の長周期の規則構造が失われ、粒子内に数nm程度の短周期構造を有するナノドメインが形成されることがわかった。さらに、ナトリウムを脱離させた試料のX線回折図からは結晶性のピークが観察され、再び長周期の規則性が回復することがわかった。

如果锂二次电池中的单次充电可以用资源丰富的钠替代，则可以在不使用分布不均匀的资源锂的情况下实现具有相对高能量密度的二次电池。本研究旨在寻找并合成高容量、长寿命的钠二次电池正极材料，提高电极材料的性能，阐明充放电机理。主要研究人员专注于具有层状结构、被称为高容量锂二次电池材料的Li2MnO3，并尝试通过将该材料中的锂与钠进行电化学离子交换来开发高容量钠正极材料。。通过离子交换得到的钠正极材料的充放电特性根据起始材料的烧成温度而变化，在800℃制备的Li2MnO3表现出最好的特性，首次放电容量为200mAh/g以上，使其成为最好的锂二次电池，30次循环后容量保持率超过80%，与现有的钠正极材料相当或更高。我们还研究了本研究中获得的高容量正极材料在钠嵌入/脱附过程中晶体结构的变化。 X射线衍射测量和透射电子显微镜的结果表明，Li2MnO3的长周期规则结构由于钠的插入而丢失，并且在颗粒内形成了具有数纳米的短周期结构的纳米域。另外，在脱附了钠的样品的X射线衍射图中观察到结晶峰，表明长周期规则性得到恢复。