チタン酸化合物の常温常圧合成法の開発と機能発現

钛酸化合物常压合成方法的开发及功能表达

• 批准号: 18J11866
• 负责人: 太田 岬
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11866/
• 关键词: チタン酸リチウム; 酸化チタン; リチウムイオン電池; ナノ粒子; チタン酸化合物

リチウムイオン電池は二次電池の一種であり，小型軽量化が可能なため，様々なデバイスの電源として用いられている．正極にはコバルト酸リチウム，負極にはグラファイトの層状化合物が用いられているが，グラファイトには安全性とサイクル特性に課題がある．そこで，高い安全性・サイクル特性を示す新たな負極材料として注目されているのがチタン酸リチウムである．しかし，チタン酸リチウムは電気伝導度が低いため，レート特性（高速充放電性能）が低いという課題がある．この解決のためには粒子をナノサイズ化することが重要である．チタン酸リチウムの合成には従来法では800℃以上の高温処理が必要なうえ，そのような高温条件下では焼結が起こり，大きな粒子しか得られない．そこで，本研究では，まず原料である酸化チタンに着目し，原料を高活性化・ナノサイズ化することで，目的生成物であるチタン酸リチウムの低温合成・ナノサイズ化を試みた．まず，高活性アモルファス酸化チタンナノ粒子の合成を行い，それを原料として用いることで，チタン酸リチウムの低温合成とナノサイズ化に成功した．この低温合成したチタン酸リチウムの粒子径は10 nmであり，従来法（800℃）で合成したものは粒子径200 nmであったことから，ナノサイズ化に成功したことが分かる．さらに，この合成したチタン酸リチウムナノ粒子のリチウムイオン電池負極材料としての性能を評価した．従来法で合成した試料，低温合成した試料いずれも70サイクルの充放電後でも初期の容量（理論容量の約99%）を維持し，高いサイクル特性を示すことが確認できた．さらに，低温合成したチタン酸リチウムナノ粒子は10 Cという高速で充放電を行っても従来法で合成した試料より容量の低下が少ない高レート特性を示すことが明らかとなった．

锂离子电池是一种二级电池，小巧轻巧，使其用作各种设备的电源。锂钴酯的分层化合物用于正电极，石墨用于负电极，但是石墨具有安全性和循环特性的问题。因此，钛酸锂正在吸引人们作为一种新的负电极材料，表现出高安全性和循环特性。然而，钛酸锂的电导率低，导致其速率特性（高速充电和放电性能）较低。要解决这个问题，纳米化颗粒很重要。常规方法需要在800°C或更高的情况下进行高温处理，在这种高温条件下，发生烧结，只会获得大颗粒。因此，在这项研究中，我们首先专注于原材料氧化钛，并试图通过高度激活和纳米化原材料来创建所需产物的低温合成和纳米化。首先，通过合成被用作原材料的高度活性的无定形氧化钛纳米颗粒，我们成功地合成了钛酸锂和纳米化的低温合成。这种低温钛酸锂的粒径的粒径为10 nm，常规方法（800°C）的粒径为200 nm，表明纳米化成功。此外，评估了合成的钛酸锂纳米颗粒作为锂离子电池的负电极材料的性能。据证实，即使在70个电荷和放电后，常规和低温合成样品也保持其初始容量（约99％的理论能力），并表现出高周期特征。此外，已经揭示了低温合成锂钛纳米颗粒具有高速率特征，即使在充电并以10 C的高速放电时，也使用常规方法降低了使用常规方法合成的样品的能力。

项目成果

Low Temperature Synthesis of Lithium Titanate Nanoparticles for Lithium Ion Batteries

锂离子电池用纳米钛酸锂的低温合成

• 发表时间: 2018
• 作者: Misaki Ota;Yuichiro Hirota;Yoshiaki Uchida;Norikazu Nishiyama
• 通讯作者: Norikazu Nishiyama