Electrochemistry, 900 950 1000 - University of HyogoElectrochemistry, 2015 放射光XANES (OK)...
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高入出力・高容量なリチウムイオン電池用炭素負極材の開発
新規LIB用炭素系負極材グラフェンライクグラファイト(GLG)とは?
10 30 50 70 90
50 52 54 56 58 60 80 82 84 86 88 90
40 42 44 46 48 5074 76 78 80 82
002 100101
004
112
110
*
**
* *
*
* *
*
*: Silicon
2θ / deg.CuKα
Inte
nsi
ty,a
.u.
GLG
5μm5μm
原料黒鉛 GLG
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1
Li/O=3
O/C ratio
Cap
acit
y /
mA
h/g
水素処理試料
酸素処理試料
空気処理試料
Li/O=1
電気化学特性
形態、表面積、層間距離、積層構造は黒鉛とほぼ同じであるが、グラフェンに似た優れたリチウムイオンの貯蔵挙動を示す炭素材料
酸化 熱還元
黒鉛と同様の3次元規則的な積層
1-5nmのナノ孔
GLGの構造モデル
520 530 540 550 560
GO
TrGO300
TrGO900
No
rmal
ized
inte
nsi
ty
Photon energy / eV
GOGLG300GLG900
OHC-O
C=O
C-O
Electrochemistry,
2015
放射光XANES (OK)
炭素面内にC-O-Cの形で組み込まれた酸素が存在
0
1
2
0 200 400 600 800 1000 1200
7007558009009501000
Capacity / mAh/g
Cel
l volt
age
/ V
・ グラフェンと類似の充放電カーブ・ 熱還元温度の低下(酸素含有量の増加)とともに高電圧領域の容量が増加
・ 酸素量の増加とともに放電容量が増加し最大で670 mAh/gに達する。・ 処理条件等により異なる傾きで容量が変化→複数の活性の異なる酸素が存在
熱還元温度
高入出力・高容量なリチウムイオン電池用炭素負極材の開発
入出力・サイクル特性(フルセル) Electrolyte: 1M LiPF6 EC/DEC:3/7Cathode: NCM111
・フルセルに適用した場合高い入力特性を示し、サイクル特性も良好
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.1 1 10
●GLG700(未反応黒鉛なし)●GLG700(未反応黒鉛有)●GLG700(未反応黒鉛有):LIFSA系*
*:0.6MLiFSI+0.4MLiPF6/EC+DMC+EMC(2/4/2)
Full-cell discharge rate / C
Cap
acit
y re
ten
tio
n /
%
Q(6C)/Q(0.1C)=81%
2
2.5
3
3.5
4
4.5
0 2 4 6 8 10 12 14
初期充放電6C-1st6C-10th6C-100th6C-300th6C-500th6C-1000th
Capacity / mAh
Cel
l vo
ltag
e /
V高速充電特性
・安全性が高い(リチウムデンドライトが生成しにくい)
・初期に幾分容量が低下するが、10サイクル後にはアモルファス化し容量はほぼ一定となる。
0
200
400
600
800
1000
0 200 400 600 800 1000
Cap
acit
y /
mA
h g
−1
Time / s
GLG700, 0 V
GLG700, -0.1 V
Graphite, 0 V
Graphite, -0.1 V
95 mV132 mV
黒鉛は自己放電する(Stage 遷移)
GLG:短時間で大きな充電容量
黒鉛ではLi 析出による低い電位
断面観察でもリチウムデンドライトが見えるところがある
Graphite GLG
サイクル特性
50
60
70
80
90
100
0
100
200
300
400
500
600
700
0 5 10 15 20 25 30
discharge capacity
efficiencyCap
acit
y /
mA
h/g
Co
ulo
mb
icefficien
cy/
%
Cycle number / -15 20 25 30
Inte
nsi
ty,a.
u.
pristine
charged
discharged
2θ / deg. CuKα
・0.1C
リチウム
10サイクル後の構造