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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19 3月 2019

【論文紹介】High‐Voltage Charging‐Induced Strain, Heterogeneity, and Micro‐Cracks in Secondary Particles of a Nickel‐Rich Layered Cathode Material

Adv. Funct. Mater. doi: 10.1002/adfm.201900247
・ニッケルリッチ層状カソード材料(LiNi1-x-yMnxCoyO2)(NMC)の劣化の原因を特定したとの報告。
・研究チームは透過型X線顕微鏡(TXM)観察を行い、劣化粒子内のすべての化学分布をマッピングした。このデータ量は膨大で、機械学習により解析を行った。
・結論として、サイクルにより容量劣化した粒子は、全体的にニッケル原子の酸化状態に不均一性があることが明らかとなった。粒子内部のニッケルは酸化状態を維持しするが、表面のニッケルは不可逆的に還元され、その効率が低下する。
・さらに追加の実験で、容量劣化した粒子は、材料の構造内に小さなひびが入っていることが明らかとなった。
・電池の充放電プロセス中に、正極材料が膨張および収縮し、応力が発生する。その応力を効率的に解放できないとクラックが発生する。
・これらの結論から、研究チームは中空構造を持つ新しい材料を合成することで、この問題を軽減できる可能性があると考え、理論的な計算、そして実験的にその有効性を確認した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201900247

最近、AIを導入した分野に注目されているらしい。AIというと懐疑的に感じるところもあるが、機械学習だと考えれば今後活躍の場は広がっていくのではないだろうか。生産の現場でも導入が進んでいる。

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26 4月 2018

【論文紹介】A highly stabilized nickel-rich cathode material by nanoscale epitaxy control for high-energy lithium-ion batteries

出典:http://pubs.rsc.org/

Energy Environ. Sci., 2018, Advance Article ;DOI:10.1039/C8EE00155C
・ニッケルリッチ正極材料の表面改質は、その構造的/熱的安定性を大幅に向上させられるが、
・今回、LiNi0.8Co0.1Mg0.1O2表面からNi2+が溶出し、そしてそれが黒鉛負極上でNi金属粒子を形成する際に負極のSEI層が劣化することが明らかとなった。
・この知見に基いて、Niリッチ正極の構造堅牢性を高めるために、エピタキシャル構造を有するナノ構造安定剤を合成した。
・これによって正極表面を改質することでサイクル中におけるニッケル欠陥が大幅に抑制されることを確認し、また、それにより、負極SEI層がサイクル後においても緻密な構造を維持する。
<元記事>http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c8ee00155c#!divAbstract

16 2月 2018

【論文紹介】From Surface ZrO2 Coating to Bulk Zr Doping by High Temperature Annealing of Nickel-Rich Lithiated Oxides and Their Enhanced Electrochemical Performance in Lithium Ion Batteries

Advanced Energy Materials, Volume 8, Issue 4, February 5, 2018 , 1701682; DOI: 10.1002/aenm.201701682
・Ni rich正極(NMC811)の表面改質によるサイクル特性向上、インピーダンス低減の報告。
・LiNi0.8Co0.1Mg0.12(NMC811)表面にZrO2でコーティングした。
・酸素下で800℃以上の温度でアニーリング後もZrO2が残存していることを確認。
・活物質表面へのZrのドーピングとZrO2コーティングが組み合わせれ、相乗効果によって寿命が改善する。
<元記事>http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201701682/full

16 11月 2017

【論文紹介】Triphenyl borate as a bi-functional additive to improve surface stability of Ni-rich cathode material

出典:http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources, Volume 372, 31 December 2017, Pages 24–30
・Niリッチカソード材料の安全性および電気化学的性能を改善するための、トリフェニルボレート(TPB)の二官能性添加剤の提案。
・TPBの添加効果1:Niリッチ正極上に堆積する電解質分解物(リチウム塩)を除去してセル膨れを抑制する。
・TPBの添加効果2:電極表面に有効な正極 – 電解質中間相(CEI)層を作り出し、ニッケルリッチな陰極の表面安定性を大きく向上させる。
・これらの効果により、TPBの添加したNCM721カソード材料について、60℃で100サイクル後に88.6%の容量保持率を示した。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317313873

21 6月 2017

【論文紹介】Li3PO4 surface coating on Ni-rich LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 by a citric acid assisted sol-gel method: Improved thermal stability and high-voltage performance

出典:http://www.sciencedirect.com/

Journal of Power Sources, Volume 360, 31 August 2017, Pages 206–214
・Ni-rich LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NMC)の電気化学特性及び熱安定性改善について。
・Ni-rich NMC表面にLi3PO4をゾルゲル方によって被覆した。
・Li3PO4で被覆することで、高温での充電状態のNMCの相転移が抑制されることをTR-XRDで確認。
・これにより、熱安定性、電気化学特性が改善され、Li3PO4被覆NMCは4.7Vの上限電圧で192.7mAh/gの可逆容量、
100サイクル後に79.9%の容量維持率を示す。
<元記事>http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775317306742