スピネル型リチウムマンガン酸化物の結晶構造及び電子構造に関する研究

尖晶石型锰酸锂的晶体结构和电子结构研究

基本信息

批准号：
16750179
负责人：
高橋靖彦
金额：
$ 2.37万
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 Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

リチウムイオン二次電池の中で、正極材料としてスピネル型リチウムマンガン酸化物の研究が活発となっている。また、安全性が非常に重要な研究要素として重要になっており、現在でも基礎から応用に至るまで、盛んに研究が進められている。これらの物質は単結晶作製の困難さから粉末試料による研究が多数であり、単結晶による研究例は非常に少数である。そこで、単結晶試料合成法の確立、X線結晶構造、物性測定、第一原理計算手法による電子状態計算との比較によりスピネル型の結晶構造を有する、アルカリ遷移金属酸化物の結晶構造、電子構造等の詳細を明らかにし、また結晶粒子サイズの制御による電池材料としての性能向上を視野に入れて研究を遂行した。平成18年度の成果においては、低温溶融塩法やフラックス法等による新規合成方法を確立し、スピネル型リチウムマンガン酸化物ニッケル置換体(LiMn_<1.5>Ni_<0.5>O_4)について、焼成時間、温度、雰囲気等の制御より、結晶性が非常に良く且つサイズ制御制御可能な単結晶粒子の作製に成功し、電気化学測定により電池特性を評価した。結果、数十ミクロンサイズの結晶粒子により作製した二次電池は、サブミクロンの二次結晶粒子と比較して、そのレート特性の向上が期待されることが明らかとなった。また、金属置換していないスピネル型リチウムマンガン酸化物の単結晶試料を合成し、リチウムとマンガンの組成比を詳細に決定し、結晶構造、電子密度分布の詳細を論文誌上に報告した。また、二次電池正極材料として最も使用されている層状構造を有するコバルト酸リチウムの結晶構造の精密解析に成功した。また、LiMn_2O_4においては、単結晶粒子により8000点以上の低温X線散乱強度を用いて斜方晶電子密度分布解析に成功し、Mn^<3+>/Mn^<4+>のorderingの可視化に成功した。この成果は、本年度は間に合わなかったが、早急に学術論文として報告したい。最後に本研究を採択して頂いた事に感謝の意を表します。

作为锂离子二次电池正极材料的尖晶石型锰酸锂的研究十分活跃。此外，安全性已成为极其重要的研究要素，从基础到应用的研究仍在积极进行中。由于这些物质的单晶生产困难，许多研究都是使用粉末样品进行的，而使用单晶的研究却很少。因此，我们建立了单晶样品合成方法，测量了X射线晶体结构，测量了物理性质，并使用第一原理计算方法与电子结构计算进行了比较，我们进行了研究，以提高其作为电池的性能。通过控制晶粒尺寸来制备材料。 2006年的成果是建立了低温熔盐法和助熔剂法的新合成方法，并改进了尖晶石型锰酸锂镍替代品（LiMn_<1.5>Ni_<0.5>O_4）的烧成时间和温度。通过控制气氛等，我们成功地生产出了结晶度非常好的、尺寸可控的单晶颗粒，并通过电化学测量评估了电池特性。结果，已经清楚的是，与具有亚微米尺寸的二次晶体颗粒相比，使用具有几十微米尺寸的晶体颗粒制造的二次电池预计具有改善的倍率特性。他们还合成了未经金属取代的尖晶石型锂锰氧化物单晶样品，详细测定了锂和锰的组成比，并在期刊上报道了晶体结构和电子密度分布的细节。我们还成功地精确分析了钴酸锂的晶体结构，钴酸锂具有层状结构，最常用作二次电池正极材料。此外，在LiMn_2O_4中，我们成功地利用单晶颗粒在8000多个点处的低温X射线散射强度分析了斜方晶电子密度分布，并将Mn^<3+>/Mn^<4的有序性可视化+> 成功了。虽然这个成果今年无法及时完成，但我想尽快将其作为学术论文汇报。最后，我要对选择这项研究表示感谢。