成果報告書詳細
管理番号20110000000950
タイトル*平成22年度中間年報 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 次世代技術開発 ナノ界面制御による高容量電極の研究開発
公開日2012/6/27
報告書年度2010 - 2010
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約1. 研究開発の内容及び成果等
1?1. 研究目的と目標:
次世代電気自動車用のエネルギー源として二次電池が注目されており、特にリチウムイオン電池について、研究と開発も盛んに行われている。しかしガソリン自動車と競合するために、現在のリチウムイオン電池のエネルギー密度の大幅の向上が要求されている。負極活物質に関しては、従来使用されているリチウム吸蔵黒鉛(LiC6)の理論容量が 372 mAh g-1 であるのに対し、合金型材料であるLi4.4SnやLi4.4Si、および金属リチウムはそれぞれ994、4200、3861 mAh g-1という高容量が見込まれている。しかし正極活物質に関しては、従来のLiCoO2やLiMn2O4やLiFePO4の容
量はそれぞれ約 130 mAh g-1、120 mAh g-1、160 mAh g-1程度である。リチウムイオン電池の高容量化は正極側の容量向上の難しさに阻まれている。そこで、新しい概念の電極反応の併用によって正極の容量を大幅に向上させること強く要求されている。
我々は一部のナノメートルオーダーの活物質において、バルク材料へのリチウムインターカレーション反応以外の反応機構に基づく容量成分が見られる材料が見いだされた。粒子のサイズが小さくなるに伴って比表面積が大きくなるということから、活物質の表面が関連した現象と考えている。この表面反応に容量成分を、インターカレーション反応によるバルク容量と区別するために、我々は表面疑似容量と呼んでいる。本研究では、活物質のナノサイズ合成に取り組み、大きな表面疑似容量を発現させて、バルク容量と表面疑似容量の併用することにより、リチウムイオン電池正極活物質の容量を飛躍的に向上させることを目的とする。
英文要約Title: Development of High-performance Battery System for Next-generation Vehicles/Next-generation technology development/Development of Nano Size Active Electrode Materials with Large Capacitance (FY2007-FY2011) FY2010 Annual Report

Lithium ion battery (LIB) has attracted more and more attentions because it has potential to be used in electric vehicle (EV) and hybrid electric vehicle (HEV). However, the energy density of LIB has to be much increased to satisfy such industrial needs. Here, we proposed that the capacitance of some positive electrode active materials can be improved by using the nano-size active materials.
In 2010, Vanadium oxide aerogels with ultra-high surface area (> 190 cm2/g) were prepared through a sol-gel method. The aerogel shows a high mesoporous, nanostructured morphology which is composed by ultrathin nanofibers about 10 nm in width. Such aerogels were used as the precursors to obtain other vanadium oxides by calcinations at different conditions. The results showed that V2O5, V6O13 and VO2(B) can be obtained by annealing under air, pure Ar and high vacuum atmosphere, respectively. The larger capacities of these vanadium oxides derived from aerogels were attributed to their high surface area and nanofiber structure which promise both high reaction active surface and short Li+ diffusion paths upon intercalation/de-intercalation. However, the cycle performance of the active materials with high surface area should be improved. Other nanostructure active materials such as LiMn2O4 have been also investigated by the on site AFM technology with Li ion’s insertion and extraction processes.
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