15 10月 2018

【論文紹介】New Insight for Surface Chemistries in Ultra-thin Self-assembled Monolayers Modified High-voltage Spinel Cathodes

出典:https://www.nature.com/

Scientific Reportsvolume 8, Article number: 11771 (2018)
・高充電圧正極スピネルLiNi0.5Mn1.5O4-δ(LNMO4-δ)表面の新規コーティング技術により、寿命向上、出力向上を実証。
・LNMO4-δ結晶表面にフルオロアルキルシランを2nm以下の厚さで、自己組織化によって被覆した。
・その結果、1Cの速度で100サイクル後も容量の94%を維持することを確認。
・表面分析では、正極表面での電解液及びVC等の添加剤の分解を抑制していることを示唆。
・フルオロアルキルシランで被覆することで形成されるSi-O-MnがLNMO4-δ結晶表面の仕事関数を増加させ、酸化分解を抑制する。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41598-018-30135-z

<X’s EYE>
◯解説
LNMOに限らずMnを含んだスピネル材料は、Mnが溶出しやすい。溶出したMnが負極で反応して耐久性能を下げる。
電池の高電位化や安価なMnを使いこなす技術は重要であるが、LNMO自体は産業用途として出番が来ることはないかもしれない。
理由としては、


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02 5月 2018

【論文紹介】Hybrid electrolytes incorporated with dandelion-like silane–Al2O3 nanoparticles for high-safety high-voltage lithium ion batteries

出典:https://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources Volume 391, 1 July 2018, Pages 113–119
・新規な固体/ 液体のハイブリット電解質を用いることによって、5V級LiBの釘刺し安全性、リチウム金属電池のサイクル安定性、レート特性が向上した。
・10wt%のシランAl2O3ナノ粒子(Al2O3-ST)をEC:DMC(体積比で3:7&LiPF6:1mol/L)に混合した電解質(半固体状)を用いた。
・ナノ粒子の混合で電池性能を妨げないどころか、高電流レート(2Cおよび5C)で放電容量が増加し、サイクル寿命や釘刺し安全性が向上することを確認した。
・これら電池特性の改善は以下の理由を想定している。
1)電解質の高い酸化安定性によりサイクル寿命が向上。
2)Al2O3-STとPF6アニオンの強い相互作用により、Liイオンの移動度が向上することで負荷特性向上。
3)シラン及びアルミナセラミックフィラーが存在することで、電解質の難燃性が増し、内部短絡を防止するため電池の安全性が向上。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775318304038

03 12月 2017

【論文紹介】A nano-LiNbO3 coating layer and diffusion-induced surface control towards high-performance 5 V spinel cathodes for rechargeable batteries

出典:http://pubs.rsc.org/

J. Mater. Chem. A, 2017, Advance Article  DOI:10.1039/C7TA07898F
・5V級正極LiNi0.5Mn1.5O4の表面改質による高耐久化、高出力化。
・クエン酸Nb表面をNi0.25Mn0.75(OH)2前駆体を、LiOH存在下で900℃で焼成することで、LiNi0.5Mn1.5O4の表面にナノ-LiNbO3をコーティングした。
・本方法で作製した活物質は、コーティング層の下の親材料へのNbイオンの部分的な拡散と置換が生じ、母材LiNi0.5Mn1.5O4の表面付近にMn3+を多く含むドメインをもたらす。
・このMn3+リッチ領域は、高速放電中のカソード表面近傍のLi +拡散を効果的に改善(10C放電で100mAh/g)し、高温での安定性も改善する(60℃で100サイクル後の容量保持率90%)。
<元記事>http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ta/c7ta07898f#!divAbstract

19 9月 2017

【論文紹介】Trimethylsilylcyclopentadiene as a novel electrolyte additive for high temperature application of lithium nickel manganese oxide cathode

出典;http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources Volume 364, 1 October 2017, Pages 23-32
・高充電圧正極LiNi0.5Mn1.5O4用の電解液添加剤。
・トリメチルシリルシクロペンタジエン(SE)を電解液へ0.25%添加することでNi及びMnの溶出を効果的に抑制できる。
・初回充電の初期にSEが優先的に酸化され、LiNi0.5Mn1.5O4上にフィルムを形成する。
・55℃において100サイクル後のNiとMnの溶出量は大きく減少し、それに伴い、サイクル特性が向上する。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317310455

16 6月 2017

【論文紹介】Acrylonitrile-grafted poly(vinyl alcohol) copolymer as effective binder for high-voltage spinel positive electrode

出典:http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources, Volume 358, 1 August 2017, Pages 121–127
・高電圧スピネル正極LiNi1/2Mn3/2O4(LNMO)の高温での耐久性が向上する新規バインダーについて。
・バインダーとして分枝構造を有するアクリロニトリル – グラフト化ポリ(ビニルアルコール)コポリマーを合成し、用いた。
・分岐コポリマーは従来までの線状ポリマーと比較して、活物質の被覆性が向上する。
・被覆したポリマーの化学的安定性により、高温でのサイクル性能が改善する。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317306651

28 4月 2017

【論文紹介(オープンアクセス)】A high-power and fast charging Li-ion battery with outstanding cycle-life | Scientific Reports

出典:https://www.nature.com/

Scientific Reports 7, Article number: 1104 (2017), doi:10.1038/s41598-017-01236-y
・高出力、且つ長寿命なLiBフルセルについての報告。
・正極としてFe及びCrをドープした高電圧正極LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)を用いた。
・負極はBをドープしたTiO2ナノチューブを用いた。
・電解液は、イオン液体Py14PF6,EC,DEC,LiPF6を用いた。
・本構成により、3Vのセル電圧であり、10Cレートにおいてもエネルギー密度240Wh/kgを達成した。
・さらに、2000サイクル後においても、65%の容量を維持する。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41598-017-01236-y

17 4月 2017

【論文紹介】Part I: Electronic and ionic transport properties of the ordered and disordered LiNi0.5Mn1.5O4 spinel cathode

出典:http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources, Volume 348, 30 April 2017, Pages 311–317
・規則正しい構造(P4332)と不規則な構造(Fd3m)のスピネルLiNi0.5Mn1.5O4を合成し、 その電子伝導、イオン伝導、その拡散係数を調べた。
・無秩序相は、リチオ化状態の室温での規則相よりも約15倍高い電子伝導性を示す。
・脱リチオ化すると、規則正しいLiNi0.5Mn1.5O4相の電子伝導率は増加し、無秩序相について観察されたのと同じレベルに達する。
・LiNi0.5Mn1.5O4の規則的および不規則構造のイオン伝導率および拡散率は、それぞれ~1×10-9S / cmおよび~5×10~9cm2 / sの範囲である。
・LiNi0.5Mn1.5O4の電気化学的性能は、規則正しくても不規則であっても、実用的なのCレートでミクロンスケール粒子の充放電を可能にするのには十分速い。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317302458

17 4月 2017

【論文紹介】Part-II: Exchange current density and ionic diffusivity studies on the ordered and disordered spinel LiNi0.5Mn1.5O4 cathode

出典:http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources, Volume 348, 30 April 2017, Pages 318–325
・規則正しい構造(P4332)と不規則な構造(Fd3m)のスピネルLiNi0.5Mn1.5O4を合成し、 それらの界面電荷移動速度論およびイオン拡散係数その拡散係数を調べた。
・秩序相では、電極/電解質界面での交換電流密度は、脱リチオ化の程度が増加すると連続的に増加する(~0.21-6.5mA / cm2)(x = 0.01-0.60)。
・一方、無秩序相では、 4Vプラトー領域(x = 0.01-0.04)での初期脱リチオにおいて交換電流密度が減少し、さらに脱リチオ化(x = 0.04-0.60)することで交換電流密度単調に増加(0.65-6.8mA / cm2)する。
・秩序相および不規則相のイオン拡散度は、それぞれ~5×10-10cm2/sおよび~10-9cm2/sであり、脱リチオ化の程度で殆ど変化しない。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317302446

28 3月 2017

【論文紹介】Morphology controlled Si-modified LiNi0.5Mn1.5O4 microspheres as high performance high voltage cathode materials in lithium ion batteries

出典:http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources, Volume 346, 1 April 2017, Pages 89–96
・高電圧正極LiNi0.5Mn1.5O4へのSiのドーピング効果について。
・LiNi0.5Mn1.5O4のMnをSiに置換したLiNi0.5Mn1.5-nSinO4(0.05 ・Siを結晶構造中にドープすることで、フキs区なFd-3m相の割合が高くなる。
・LiNi0.5Mn1.45Si0.05O4は1Cで100サイクル後の容量維持率が99.4%(Siドープなしは93.1%)と優れている。
・これは、Si-O結合がMn-OやNi-O結合の解離エネルギーと比較して高いために、Siが酸素リッチな結晶格子に取り込まれることで構造安定化されたため。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317301696

13 2月 2017

【論文紹介】A comparative study of Si-containing electrolyte additives for lithium ion battery: Which one is better and why is it better

出典:http://www.sciencedirect.com/

・高充電圧LiNi0.5Mn1.5O4正極用の電解液添加剤として、トリス(トリメチルシリル)ボレート(TMSB)およびトリス(トリメチルシリル)ホスフェート(TMSP)の影響を調べた。
・標準電解液(1M LiPF6 / EC:EMC = 3:7)、TMSB-およびTMSP-含有電解液における1Cレートで600サイクル後の容量維持率は、それぞれ23%、85%および71% とTMSB添加剤含有電解液が優れていることを確認。
・ BおよびSiリッチな化合物を含むTMSBから生成された保護被膜は、サイクリング中の界面抵抗の成長を抑制する能力がより良好である。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775316318158