酸化物イオンの電荷補償を利用するリチウム電池用マンガン系高容量正極材料

摘要

電気自動車が市販化されるなどリチウムイオン電池の用途は多様化しており、その市埸は拡大を続けている。しかし、リチウムイオン電池の正極材料の変遷に着目すると、過去20年間で大きな変化は見られず、LiCoO_2のような層状酸化物やスピネル型Mn系酸化物など1980年代には発見されていた材料が現在でも広く利用されている。リチウムィォン電池のさらなるエネルギー密度向上へ向けて次世代の正極材料が求められている。近年、リチウム過剩正極材料であるLi_2MnO_3系材料が次世代の正極材料として研究されてきたが、Li_2MnO_3系材料においてマンガンの形式酸化数は4価であり、それ以上の高酸化数状態になることは考え難い。そのため、高容量を発現する充放電反応機構として、これまで多くのモデルが提唱されてきた。[1-5]現在ではカチオンである遷移金厲イオンではなく、ァニオンである酸化物イオンの酸化により充電時の電荷補償が行われるという考え方が主流となっている。しかし、Li_2MnO_3系材料では酸化物イオンによる電荷補償の結果として初回充電時に一部の酸素は酸素分子として不可逆的に脱離し、同時に結品構造の再構築が進行することが知られている。[6]また、酸化物イオンによる電荷補償がLi_2MnO_3系と比較して安定に進行する系として、Li_2RU_(l-y)Sn_yO_3などの材料も報告されている。[7]