16 5月 2019

【論文紹介】Building ultraconformal protective layers on both secondary and primary particles of layered lithium transition metal oxide cathodes | Nature Energy

出典:https://www.nature.com/

Nature Energy doi: 10.1038/s41560-019-0387-1
・米国エネルギー省(DOE)のアルゴンヌ国立研究所の研究者らが、層状リチウム遷移金属酸化物正極用の新規なコーティングを開発。
・酸化化学気相成長法を用いて、層状酸化物カソード材料上に保護導電性ポリマー(ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン))スキンを構築した。
・このスキン層は、リチウムイオンおよび電子の輸送を容易にし、望ましくない層状からスピネル/岩塩相への相転移、およびそれに伴う酸素損失を大幅に抑制し、粒界および粒内の機械的亀裂を軽減し、効果的に安定化する。
・このアプローチによって、高電圧動作下での容量と熱安定性を著しく向上させることを確認。
・二次粒子レベルと一次粒子レベルの両方の層状酸化物でこの保護皮膜を構築することは、高エネルギー、長寿命および安全なリチウムイオン電池に向けたNiリッチカソードのための有望な設計戦略となりうる。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41560-019-0387-1

著者一覧を見ると中国出身と思われる方が多い。政治的な問題はあるかもしれないが、中国の電池に対する熱意が感じられる。若い方が成長することは中国国内に良い影響を及ぼすことが期待できる。
一方で、日本は電池を主要産業にしようとここ数年足掻いているが、人材育成につながる具体的なアクションは起こしたのであろうか。

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13 4月 2019

【論文紹介】Anti‐Oxygen Leaking LiCoO2 – Sharifi‐Asl – – Advanced Functional Materials

Advanced Functional Materials, 2019; 1901110 DOI: 10.1002/adfm.201901110
・イリノイ大学シカゴ工科大学の研究者らが、グラフェンで被覆したコバルト酸リチウムの熱安定性を高め、高電圧での酸素放出を抑制することを確認した。
・rGO/LCOの界面において、強いC-Ocathode結合を形成しており、それによって酸素放出を抑制する。
・このグラフェン被覆LCOは高いカットオフ電圧において、未被覆品に比べて顕著にサイクル容量維持率が向上することを確認した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201901110

高電位で活物質が分解しない対策は、ドーパントや形状、結晶性の制御で行われることが多かった。
このような被服でも効果があるのであれば、新しい選択が増えたことになる。C-0結合云々の原理説明が正しければ三元系やNCAなどにも展開できるということになる。

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18 7月 2018

【論文紹介】Non-flammable electrolyte enables Li-metal batteries with aggressive cathode chemistries

出典:https://www.nature.com/

Nature Nanotechnology doi: 10.1038/s41565-018-0183-2
・リチウム金属の低電位と、LiCoPF4等の高電位正極を安定して用いることができる不燃性電解液。
・fluoroethylene carbonate(FEC)/3,3, 3-fluoroethylmethyl carbonate(FEMC)/1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2′,2′, 2′-trifluoroethyl ether(HFE) (FEC:FEMC:HFE, 2:6:2 by weight)の組成の電解液を用いた。
・この電解液はリチウムデンドライトの成長を抑制し、高クーロン効率でリチウムの析出溶解を可能にする。
・正極側では5〜10nm厚の中間層を形成するため、NMC811およびLCP正極でそれぞれ99.93%,98.81%のクーロン効率で充放電可能。
・Li/NMC811、Li/LCPのフルセルでは1000サイクル後に90%以上の容量を維持することを確認。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41565-018-0183-2

01 2月 2018

【論文紹介】Dissolution, migration, and deposition of transition metal ions in Li-ion batteries exemplified by Mn-based cathodes – a critical review

出典:http://pubs.rsc.org/

Energy Environ. Sci., 2018, Advance Article ; DOI:10.1039/C7EE03122J
・正極中遷移金属元素の溶解挙動についてのレビュー。
・遷移金属元素からなる正極材の最大の課題は、遷移金属元素の溶出、移動、堆積である。
・遷移金属元素が溶出した場合の電池劣化は、正極容量の減少だけでなく、負極側のSEI組成を変化させる。
・遷移金属元素の溶出抑制のための電極や電解液の最近の研究動向についてまとめられている。
<元記事>http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c7ee03122j#!divAbstract

09 1月 2018

【論文紹介】Enabling the high capacity of lithium-rich anti-fluorite lithium iron oxide by simultaneous anionic and cationic redox

出典:https://www.nature.com/

Nature Energy 2, 963–971 (2017) doi:10.1038/s41560-017-0043-6
・LiB正極中の酸素のレドックス反応を利用することで正極容量を増加させる試み。
・これまでも同様の試みはあったが、酸素をレドックスさせることで酸素ガスを発生し、結晶構造が不安定になることを回避できなかった。
・今回、低コスト化のため、コバルトを用いず、鉄原子を用い、さらに、酸素をレドックスに酸化させても酸素放出等の不安定化を抑制するための組成を計算によって求めた結果、LiリッチLi5FeO4が良好であることを発見した。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41560-017-0043-6

15 12月 2017

【論文紹介(オープンアクセス)】Lithium titanate hydrates with superfast and stable cycling in lithium ion batteries

出典:http://www.nature.com/

Nature Communications 8, Article number: 627 (2017) doi:10.1038/s41467-017-00574-9
・従来まで、リチウムイオン電池の活物質は水を含まない方が良いと考えられてきた。
・そのため、TiO2やLTOなどの負極活物質を合成する際は、500℃以上の高温で焼成するというのが一般的であった。
・本報告は、260℃以下の温度で焼成したチタン酸リチウム水和物が高出力、長寿命化に重要であるとのこと。
・低温で焼成することで、粒子の凝集による粗大化を抑制し、多相のナノ構造を形成する。
・これにより、35Cで充電可能な可逆容量130mAh/gの負極活物質が合成される。
・さらに、サイクル当たり0.001%の容量損失で10000サイクル以上の寿命を確認。
<元記事>http://www.nature.com/articles/s41467-017-00574-9

20 7月 2017

【論文紹介】Burning lithium in CS2 for high-performing compact Li2 S–graphene nanocapsules for Li–S batteries | Nature Energy

出典:https://www.nature.com/

Nature Energy 2, Article number: 17090 (2017) doi:10.1038/nenergy.2017.90
・LiS電池の硫黄正極の大きな体積変化による容量劣化の対策としてLiドーピング状態の硫黄をグラフェンでカプセル化した。
・リチウムフォイルをCS<sub>2</sub>蒸気中で燃焼させることによってLi<sub>2</sub>Sが数層のグラフェンでカプセル化する。
・膨張状態でグラフェンカプセル化することで、硫黄正極の大きな体積変化においても安定したサイクルを示す。
<元記事>https://www.nature.com/articles/nenergy201790

14 3月 2017

【論文紹介】State-of-the-art characterization techniques for advanced lithium-ion batteries

出典:http://www.nature.com/

Nature Energy 2, Article number: 17011 (2017), doi:10.1038/nenergy.2017.11
・過去数年間に開発された様々な高度なin-situ解析およびオペランド解析による特性評価ツールのレビュー。
・層状金属酸化物、Liリッチ層状酸化物、Si系またはSn系合金の3つの代表的な電極システムを使用して、これらのツールが研究者が電池プロセスを理解し、より優れた電池システムを設計する方法を説明。
・リチウム硫黄およびリチウム空気電池への特性評価技術の適用を要約し、次世代電池の開発におけるこれらの技術の重要性について説明。
<元記事>http://www.nature.com/articles/nenergy201711

09 3月 2017

【論文紹介】Tuning the Solid Electrolyte Interphase for Selective Li- and Na-Ion Storage in Hard Carbon

Advanced Materials,7 March 2017, DOI;10.1002/adma.201606860
・ハードカーボン上に形成されるSEIについての研究報告。
・Naベース電解質中でサイクルさせることで、ハードカーボン上にNaベースのSEIを形成させた。
・興味深いことに、NaベースのSEIはその後Liイオンベースの電解液中で、Liイオンの輸送を容易にする。
・一方、LiベースのSEIは、Naイオンの輸送を遮断する。
・この研究は電気化学的アプローチにより、選択性イオン伝導体を調整するための新たな指針を提供する。
<元記事>http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606860/full

25 1月 2017

【論文紹介(オープンアクセス)】The influence of large cations on the electrochemical properties of tunnel-structured metal oxides

出典:http://www.nature.com/

Nature Communications 7, Article number: 13374 (2016), doi:10.1038/ncomms13374
・トンネル構造を有する金属酸化物は固体内へのイオンの迅速な挿入脱離を可能とするため、電荷貯蔵材料として注目されている。
・このトンネル内にアンモニウムイオンなどの大きなカチオンを導入することができるが、今回、陽イオンが導入されたトンネルが電荷蓄積性能に与える影響について調査した。
・特に今回、α-MnO2中のカリウムイオンに着目して、電極材料の電気化学的性質を支配するトンネルカチオンの役割を報告している。
・結果、二酸化マンガンの2×2トンネル内に陽イオンが存在することにより、電子伝導性が向上し、リチウムイオンの拡散性が向上することが示された。
<元記事>http://www.nature.com/articles/ncomms13374