新奇アモルファス遷移金属酸化物正極材料の創製と反応メカニズム解析

新型非晶过渡金属氧化物正极材料的制备及反应机理分析

基本信息

批准号：
18H03930
负责人：
辰巳砂昌弘
金额：
$ 28.45万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

高安全性と高エネルギー密度を兼ね備えた全固体電池の実現には，全固体電池に適した酸化物系電極活物質の開発が重要となる．電極活物質としては結晶性の材料が数多く研究されてきたが，本研究では，大きな自由体積を有するアモルファス材料に着目した．酸素のレドックスの発現とその高効率利用による高エネルギー密度化と長寿命化，さらには全固体電池特有の課題である良好な固体界面の形成を実現する新奇なアモルファス酸化物電極活物質の創製を目指した．H30年度は, Na0.7CoO2及びNa2RuO3といった遷移金属酸化物結晶と, NaNO3，Na2SO4，及びNa3PO4などのオキソ酸塩の混合物に対して, メカノケミカル処理を行うことによって，新規なアモルファス電極材料を作製した．オキソ酸塩を添加してアモルファス化することによって，粉末成形体のナトリウムイオン伝導度や成形性が向上（成形体の相対密度が増加）した．一例として，Na0.7CoO2結晶粉末およびNa0.7CoO2の単独メカノケミカル処理試料では，室温で360 MPaの一軸プレスによって作製した成形体の相対密度は，それぞれ65％，76％であったが、新規に作製した80Na0.7CoO2・20NaNO3(mol%)のアモルファス電極材料の粉末成形体においては，87％の高い相対密度が得られた．粉末成形体のナトリウムイオン伝導度は，NaNO3を添加してメカノケミカル処理を行うことで，NaNO3を添加しない場合と比較して，3倍以上に増加することが分かった．作製したアモルファス酸化物電極材料はいずれも全固体電池において可逆充放電が可能であり，オキソ酸塩を含む活物質重量当たり約150 mAh g-1の比較的大きな可逆容量を示すことが分かった．

为了实现结合高安全性和高能量密度的全稳态电池，开发基于氧化物的电极活性材料很重要。许多结晶材料已被研究为电极活性材料，但是在这项研究中，我们专注于具有较大游离体积的无定形材料。目的是创建一种新型的无定形氧化电极活性材料，通过氧氧化还原的发展及其有效的使用以及形成良好的实心界面，可以使高能密度和长寿，这是所有固定状态电池所特有的问题。在2018财年中，通过在过渡金属氧化物晶体（如Na0.7COO2和Na2RUO3）以及诸如Nano3，Na2SO4和Na3po4的氧化金属晶体的混合物上进行机械化学处理来制备新的无定形电极材料。通过添加氧气酸盐以使粉状模制材料的钠离子电导率和可可的可变形率无态（改善了粉状的模制文章（模制文章的相对密度）增加）。例如，在NA0.7COO2晶体粉和NA0.7COO2中，单轴按压在室温下产生的模制物体的相对密度分别为65％和76％，但在新型的粉状型成型物质中，是由80na0.7na0.77co2和20 Nna的新型型成型物体（含有新型的粉状型成型物体）（获得了87％。发现与未添加NANO3相比，添加NANO3并进行机械化学处理时，粉状模制产物的钠离子电导率增加了三倍以上。发现所有产生的无定形氧化物电极材料都可以是可逆的电荷并在所有固态电池中放电，并且每个重量的活性材料的可逆容量约为150 mAh G-1，其中含有氧酸盐。