三 元 系 リチウム インプ
肥前 吉田 焼 窯元 会館2 Fe 0. 4 Mn 0. 4 O 2 での電池容量は191mAh/g(実験値)、380(理論値)であり、Li 2 TiO 3 とLiMnO 2 から形成される固溶体 Li 1. 2 Ti 0. 4 O 2 では300 mAh/g(実験値)、395(理論値)です。 一方、実用化されている LiCoO 2 の可逆容量が約148 mAh/g、三元系 LiNi 0. 33 Co 0. 33 Mn 0. 33 O 2 で約160、 LiNi 0. 8 Co 0. 15 Al 0. 05 O 2 で約199と200 mAh/g以下です。作動電位は、実用化されている正極活物質より少し低い3. 4~3.
三 元 系 リチウム イオフィ
前回説明した実用化されている正極活物質であるコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム系化合物、三元系(Ni, Co, Mn)化合物は、改良されているとはいえ、熱安定性(電池の安全性)の問題を抱えていました。 また、用途によっては、電池容量や放電電位も不足していました。 今回は、 熱安定性の問題を大幅に削減するために実用化された「ポリアニオン系正極活物質」 と、 研究開発が活発な「リチウム過剰層状岩塩型正極活物質」 について説明します。 1.ポリアニオン系正極活物質(リン酸リチウム) 前回説明した酸化物骨格に代わってポリアニオン骨格を有する、充放電に伴いリチウムイオンを可逆的に脱離挿入可能な正極活物質です。 まず、古くから研究されている オリビン型構造を有するリン酸塩系化合物LiMPO 4 (M=Fe, Mn, Coなど)、その代表とも言える リン酸鉄リチウム LiFePO 4 について説明します。 負極活物質をグラファイトとした電池では、以下の電気化学反応により約3. ３分でわかる技術の超キホン リチウムイオン電池の正極活物質② ポリアニオン系、リチウム過剰系 | アイアール技術者教育研究所 | 製造業エンジニア・研究開発者のための研修/教育ソリューション. 52Vの起電力(作動電位は3. 2~3. 4V)が得られます。理論電池容量は170mAh/gです。 FePO 4 + LiC 6 → LiFePO 4 + C 6 E 0 =3. 52V (1) ポリアニオン系正極活物質の長所は「安全性」?
0~4. 1V、Coで4. 7~4. 8Vです。理論電池容量はリン酸鉄リチウムと同程度です。 オリビン型のため熱安定性が良好で、マンガンの場合は資源量が比較的豊富で安価な点もプラスになります。 「 リン酸マンガンリチウム 」がリン酸鉄リチウムと比較しても電子伝導性が低いことや体積変化が大きいことによる電池特性のマイナス面については、上記と同様、ナノ粒子化、カーボンなどの電子導電性物質による被覆、他元素による一部置換などの方法で改善が図られています。 放電電位が5Vに近い「 リン酸コバルトリチウム 」では、通常使用されるカーボネート系有機溶媒やポリオレフィン系セパレータの酸化分解が発生し、サイクル特性が低下します。そこで、電解質やセパレータの最適化が検討されています。 オリビン型リン酸塩LiMPO 4 (M=Fe, Co, Mnなど)のリン酸アニオンの酸素原子の一部を、より電気陰性度が大きいフッ素原子に置換した フッ化リン酸塩系化合物Li 2-x MPO 4 F(M=Fe, Co;0≦x≦2) でも、作動電位を上げることができます(Li 2 FePO 4 Fで約3. 7V、Li 2 CoPO 4 Fで約4. 三 元 系 リチウム インテ. 8V)。 2電子反応の進行による、理論電池容量の増大も期待されています(約284mAh/g)。 しかし、高温での安定性が悪く、期待される電池特性を有する単一結晶相の製造が困難な点が課題です。 類似化合物としてLiVPO 4 Fも挙げられます。 ケイ酸塩系化合物Li 2 MSiO 4 (M=Fe, Mn, Co) も、ポリアニオン系正極活物質として研究開発が進められています。作動電位は、Li 2 FeSiO 4 で約3. 1V、Li 2 MnSiO 4 で約4. 2Vです。 リン酸塩より作動電位が低下する理由は、リン原子よりケイ素原子の電気陰性度が小さいため、Fe-O結合のイオン性が減少するためと考えられます。 フッ化物リン酸塩系と同様に、理論電池容量の増大が期待されています(約331mAh/g)。現状での可逆容量は約160mAh/gです。 電子伝導性およびイオン伝導性が低い点が課題とされていますが、Li 2 Mn 1-x FexSiO 4 など金属置換による活物質組成の最適化、ナノ粒子化やカーボンなどの電子伝導物質による被覆による電極構造の最適化により改善が図られています。 また、 ホウ酸塩系化合物LiMBO 3 (M=Fe, Mn) も知られています。 2.リチウム過剰層状岩塩型正極活物質 近年、 高可逆容量を与える ことから、 Li過剰層が存在するLi 2 MO 3 (M:遷移金属)とLiMO 2 から形成される固溶体が注目 されています。 例えば、Li 2 MnO 3 とLiFeO 2 から形成される固溶体 Li 1.