下田景士 产官学连携本部特定准教授、内本喜晴 人间?环境学研究科教授、廣井慧 高輝度光科学研究センター博士研究員、尾原幸治 同主幹研究員、大石昌嗣 徳島大学准教授の研究グループは、大型放射光施設SPring-8のBL04B2を利用した構造解析を行い、リチウムイオン二次電池（Lithium-ion battery, LIB）のリチウム過剰系層状酸化物（Li-rich layered oxide, LLO）正極において、2種類の性質の異なる支柱を有する低結晶相が形成され、多量のリチウムイオンの脱離挿入を実現し、高い充放電特性を示すことを明らかにしました。
尝滨叠は、ロッキングチェア型电池とも言われており、リチウムイオンが正极と负极を行き来することで充放电します。従来の正极材料は、充放电时に层状构造からリチウムイオンのみが脱离挿入し、材料の骨格构造が変化しないため可逆性の高い优れたサイクル特性を示します。しかし、高容量化を目指して多量のリチウムイオンを脱离すると、骨格构造を保つことが困难となり、サイクル劣化の原因となります。高容量正极材料として、尝尝翱は従来の正极材料よりも多量のリチウムイオンを含有し、また多量のリチウムイオンを脱离挿入できますが、その高容量を実现している构造メカニズムの详细はわかっていません。本研究グループは、放射光を利用した详细な构造解析を行うことにより、迁移金属イオンによって形成される2种类の支柱が尝尝翱电极の初期充电后に存在することを突き止めました。一方の支柱は既に知られているもので、层状构造を支える代わりにリチウムイオンの拡散を阻害してしまいます。もう一方の支柱はリチウムイオン欠乏时にのみ现れるため、结晶构造の安定化と容易なイオン拡散を両立することができます。后者の支柱、「アダプティブピラー」こそが、尝尝翱の高充放电容量を実现する键であることがわかりました。
この成果によってリチウム过剰系层状酸化物の更なる高性能化に指针が示されました。今后、アダプティブピラーの働きを最适化することによって、より高性能で、かつ安価な尝滨叠の开発に结びつくことが期待されます。
本研究成果は、2022年9月2日に、国际科学雑誌「蝉尘补濒濒」のオンライン版に掲载されました。
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【书誌情报】
Satoshi Hiroi, Masatsugu Oishi, Koji Ohara, Keiji Shimoda, Daiki Kabutan, Yoshiharu Uchimoto (2022). Adaptive Cation Pillar Effects Achieving High Capacity in Li-Rich Layered Oxide, Li?MnO?-LiMeO? (Me = Ni, Co, Mn). Small, 18(42):2203412.
