Single phase synthesis and charge-discharge properties of transition metal doped lithium oxide in metastable state

过渡金属掺杂亚稳态氧化锂的单相合成及充放电性能

基本信息

批准号：
17H03530
负责人：
日比野光宏
金额：
$ 10.57万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

種々の遷移金属をドープした酸化リチウム中では電気化学的な酸化物イオン/過酸化物イオンのレドックスが進行することが知られており，軽量な酸素種のレドックスを利用するため二次電池正極として重量当たりの大きな容量が期待されている．これら遷移金属ドープ酸化リチウムは準安定相と考えられており，固相法などでの合成が困難なことから遊星ボールミルを用いたメカノケミカル手法で合成されている．しかしこれまでに目的物の純相を得ることはできておらず，生成する遷移金属ドープ酸化リチウム，残留した出発原料および副生相に対してミリング条件との詳細な関係は明らかにされていなかった．コバルトドープ酸化リチウム（CDL）について遊星ボールミル合成時のメディアボール径や回転速度、処理時間などを詳細に検討した結果，合成時の投入エネルギーが大きな場合には一旦生成したCDLが分解することが明らかとなった（従来の合成条件はこの条件領域に含まれていた）．ボール径，回転速度を調整し投入エネルギーを適切にすることでCDL分解反応を起こさずドープ反応のみを進行させほぼ単相を得ることができ，また従来上限と考えられていた量を超えてコバルトをドープすることにも成功した．Coドープ量が増大したことでリチウムイオン電池正極としての充放電容量が向上した．さらに，合成時のボール径が大きいほどCDL粒子の凝集が抑えられることも明らかとなった．これらを組み合わせた条件（5 mmΦボール，420 rpm，100 h）によって高Coドープ量でかつ粒子凝集が抑えられたCDLが得られ，高容量（450mAh/g）での充放電サイクルが可能となることを確認した．

已知在掺杂有各种过渡金属的氧化锂中进行氧化物离子/过氧化物离子的电化学氧化还原，并且其已被用作二次电池正极以利用轻质氧物种的氧化还原，并有望具有大容量。每重量。这些过渡金属掺杂的锂氧化物被认为是亚稳态的，并且由于它们难以使用固相方法合成，因此它们是使用行星球磨机使用机械化学方法合成的。然而，迄今为止还不可能获得目标产物的纯相，并且研磨条件与过渡金属掺杂的锂氧化物、剩余起始材料和副产物相之间的详细关系尚未阐明。塔。对行星式球磨机合成钴掺杂锂氧化物（CDL）过程中的介质球直径、转速、处理时间等进行了详细研究，结果表明，如果合成过程中输入的能量较大，则一旦生成CDL就会分解（传统合成。条件包含在此条件区域中）。通过调节球直径和转速以及优化输入能量，可以仅进行掺杂反应而不引起CDL分解反应，并且获得几乎单相的掺杂。增加Co掺杂量可提高作为锂离子电池正极的充放电容量。此外，还表明合成时的球直径越大，CDL颗粒的聚集受到的抑制越多。通过结合这些条件（5mmΦ球，420rpm，100h），可以获得具有高Co掺杂量和抑制颗粒聚集的CDL，从而能够实现高容量（450mAh/g）的充电/放电循环。那。