2021年4月 - 2025年3月
共役π電子系ニトリドボレートを用いた次世代二次電池のための正極材料の開発
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究
- 課題番号
- 21K14399
- 体系的課題番号
- JP21K14399
- 担当区分
- 研究代表者
- 配分額
-
- (総額)
- 4,550,000円
- (直接経費)
- 3,500,000円
- (間接経費)
- 1,050,000円
- 資金種別
- 競争的資金
主な成果は次の3点である。
[1] Li3BN2の相制御に成功: Li3BN2にはルチル型、アナターゼ型、単斜晶の多形がある。原料や合成条件、合成環境の制御によるこれらの作り分けに成功した。アナターゼ型と単斜晶についてはXRDレベルで単相試料が得られた。合成温度と生成相の関係は、第一原理計算による全エネルギーの大小関係で理解された。なお、物理気相蒸着ではLi3BN2の形成は認められなかった。
[2] Li | LiBH4 | Li3BN2 全固体セルの電気化学特性を調査: XRDレベルで単相なアナターゼ型Li3BN2と炭素およびLiBH4を混合して正極合剤を作製した。この正極合剤は熱処理前後でXRDパターンに変化が認められなかったため、アナターゼ型Li3BN2と炭素およびLiBH4は化学的に両立すると示唆された。Li | LiBH4 | Li3BN2 セルについてサイクリックボルタンメトリー測定したところ、Li脱離によると考えられる小さなピークが2V程度で認められたが、Li挿入に対応するピークは認められなかった。Li脱離ピークを示した試料はXRDにより還元膨張が認められたため、アナターゼ型Li3BN2はLi欠損状態でも直ちに分解されないと示唆された。Li挿入が認められなかった原因は不明である。なお、液体電解質を用いた場合もLi挿入は認められなかった。
[3] 第一原理計算によりドーパント存在下での電子構造を調査: 共役π電子系Li3BN2はドナーまたはアクセプター添加により高い電子伝導性を示すと期待される。そこでk、カチオンおよびアニオンを添加した7種の系について電子状態を理論計算した。F添加した系のみ電子伝導性が期待できなかったが、他の系ではフェルミ準位が伝導帯または価電子帯に縮退し、高い電子伝導が期待できる。
[1] Li3BN2の相制御に成功: Li3BN2にはルチル型、アナターゼ型、単斜晶の多形がある。原料や合成条件、合成環境の制御によるこれらの作り分けに成功した。アナターゼ型と単斜晶についてはXRDレベルで単相試料が得られた。合成温度と生成相の関係は、第一原理計算による全エネルギーの大小関係で理解された。なお、物理気相蒸着ではLi3BN2の形成は認められなかった。
[2] Li | LiBH4 | Li3BN2 全固体セルの電気化学特性を調査: XRDレベルで単相なアナターゼ型Li3BN2と炭素およびLiBH4を混合して正極合剤を作製した。この正極合剤は熱処理前後でXRDパターンに変化が認められなかったため、アナターゼ型Li3BN2と炭素およびLiBH4は化学的に両立すると示唆された。Li | LiBH4 | Li3BN2 セルについてサイクリックボルタンメトリー測定したところ、Li脱離によると考えられる小さなピークが2V程度で認められたが、Li挿入に対応するピークは認められなかった。Li脱離ピークを示した試料はXRDにより還元膨張が認められたため、アナターゼ型Li3BN2はLi欠損状態でも直ちに分解されないと示唆された。Li挿入が認められなかった原因は不明である。なお、液体電解質を用いた場合もLi挿入は認められなかった。
[3] 第一原理計算によりドーパント存在下での電子構造を調査: 共役π電子系Li3BN2はドナーまたはアクセプター添加により高い電子伝導性を示すと期待される。そこでk、カチオンおよびアニオンを添加した7種の系について電子状態を理論計算した。F添加した系のみ電子伝導性が期待できなかったが、他の系ではフェルミ準位が伝導帯または価電子帯に縮退し、高い電子伝導が期待できる。
- ID情報
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- 課題番号 : 21K14399
- 体系的課題番号 : JP21K14399