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．

锂离子电池是二次电池的一种，由于可以做得更小、更轻，因此被用作各种设备的电源。正极使用钴酸锂，负极使用石墨的层状化合物，但石墨存在安全性和循环特性方面的问题。因此，钛酸锂作为一种具有高安全性和循环特性的新型负极材料而受到关注。然而，由于钛酸锂的电导率较低，因此存在倍率特性(高速充放电性能)较差的问题。为了解决这个问题，重要的是使颗粒纳米化。传统方法需要800℃以上的高温处理来合成钛酸锂，并且在如此高温条件下发生烧结，仅产生大颗粒。因此，在本研究中，我们首先关注原料氧化钛，尝试通过对原料进行高度活化并纳米化，在低温下合成并纳米化所需的产物钛酸锂。首先，我们合成了高活性的非晶态氧化钛纳米颗粒，并以此为原料，成功实现了钛酸锂的低温合成和纳米尺寸化。该低温合成的钛酸锂的粒径为10 nm，而采用常规方法（800℃）合成的钛酸锂的粒径为200 nm，这表明纳米化是成功的。此外，对合成的钛酸锂纳米颗粒作为锂离子电池负极材料的性能进行了评价。已证实，常规合成的样品和低温合成的样品即使在70次充电/放电循环后仍保持其初始容量（理论容量的约99%）并且表现出高循环特性。此外，研究表明，即使在10 C的高速充放电下，在低温下合成的钛酸锂纳米颗粒也表现出高倍率特性，与传统方法合成的样品相比，容量损失更少。

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