イオニクス材料のメゾ構造制御

离子材料的介观结构控制

• 批准号: 08229234
• 负责人: 吉川 信一
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08229234/
• 关键词: メゾポア; 多孔体; リチウム二次電池; タングステン酸; 五酸化バナジウム

イオニクス材料に関してナノからメゾオーダーのポアをもつ多孔体が合成できれば、様々な電気化学的なデバイスを高性能化でき実用化に繋げる可能性が広がる。本研究においてはこのような多孔体の合成を目標に、下記の二種類の新しい合成法について研究を行った。1.界面活性剤であるC_<16>H_<33>(CH_3)_3NClを鋳型として、Li_6W_2O_9水溶液からタングステン酸を析出させた。33重量%に及ぶ高濃度でC_<16>H_<33>(CH_3)_3NClを共存させることが、MCM-41様のメゾポア多孔体を得る上で重要であった。pH=6.1の水溶液から、MCM-41様の結晶構造をもつ六方晶でa=44.8Aの析出物が得られた。pH=1.5で得られた析出物は約25Aの層間隔をもつ層状化合物であり、逆に塩基性の水溶液からは何等析出しなかった。MCM-41様の析出物を大気中で270℃以上に加熱すると、そのメゾ構造は次第に壊れていった。2.V_2O_5/B_2O_3=4/1のモル比の混合物を溶融させたのちに急冷して得た固化体からエタノールを溶媒としてB_2O_3を溶出すると、固化体の形態を保持したままのV_2O_5のメゾ多孔体が得られた。その比表面積は34.75m^2/gにも及び、V_2O_5の微細な針状晶がその伸張方向を揃えて凝集し、その間に電解質溶媒が染み込みやすい多孔体組織をもっていた。この多孔体を正極として用いてリチウム二次電池を作製すると、400μA/cm^2にも及ぶ放電電流および114mAhr/gに及ぶ放電容量が得られ、これまでに報告されたV_2O_5を正極としたいずれの場合をもはるかに凌ぐ高性能を示すことが分かった。なおこの電池における放電プロセスは、Li_xV_2O_5の形で表すとx=0.8までの組成範囲において、Li_xV_2O_5のxが小さなα相を経由して、ε相の組成領域において充放電サイクルを繰り返していることが分かった。

如果能够合成具有纳米到介观级孔隙的离子材料多孔材料，将提高各种电化学器件的性能，扩大其实际应用的可能性。在本研究中，我们研究了以下两种新的合成方法，旨在合成此类多孔材料。 1.以表面活性剂C_ 16 H_ 33 (CH_3)_3NCl为模板，从Li_6W_2O_9水溶液中沉淀钨酸。 33重量％的高浓度的C_ 16 H_ 33 (CH_3)_3NCl的共存对于获得类似于MCM-41的介孔材料是重要的。从pH=6.1的水溶液中得到具有类似MCM-41晶体结构且a=44.8A的六方沉淀物。 pH＝1.5时得到的沉淀物为层状化合物，层间距约为25埃，相反，从碱性水溶液中没有得到沉淀物。当MCM-41类沉淀物在空气中加热至270℃以上时，其介观结构逐渐破坏。 2.当使用乙醇作为溶剂，将摩尔比为V_2O_5/B_2O_3=4/1的混合物熔融然后快速冷却而从固化体中洗脱出B_2O_3时，介孔V_2O_5保持其固化形式。 。其比表面积高达34.75m^2/g，具有V_2O_5细小针状晶体沿相同拉伸方向聚集而成的多孔结构，电解质溶剂容易渗透到它们之间。当使用该多孔材料作为正极制造锂二次电池时，获得了高达400μA/cm^2的放电电流和高达114mAh/g的放电容量。优于 .此外，该电池中的放电过程以Li_xV_2O_5的形式表示，并且在直至x = 0.8的成分范围内，通过α相在ε相的成分区域中重复充电和放电循环，其中x为Li_xV_2O_5 很小。

项目成果

吉川 信一: "無機化合物における層状ナノ・メゾ複合化" 電気化学および工業物理化学. 64. 338-342 (1996)

Shinichi Yoshikawa：“无机化合物中的层状纳米介观复合材料”电化学和工业物理化学 64. 338-342 (1996)。

S.Kikkawa: "Titanium disulfide thin film prepared by plasma CVD for Iithium rechargable battery" Ceram.Inter.23. 7-11 (1997)

S.Kikkawa：“用于锂充电电池的等离子体CVD制备的二硫化钛薄膜”Ceram.Inter.23。

K.Adhikary: "Preparation and electrochemical lithium intercalation of V_2O_5 porpous lump with large surface area" Solid State Ionics. (印刷中).

K.Adhikary：“大表面积 V_2O_5 多孔块的制备和电化学锂嵌入”固态离子学（正在出版）。

S.Kikkawa: "Interface interaction in layered composite materials" Proc.Progress in Ceramic Basic Science. 21-29 (1996)

S.Kikkawa：“层状复合材料中的界面相互作用”Proc.陶瓷基础科学进展。