蓄電池材料を省エネルギーで合成する手法の開発に成功～リチウムイオン電池の製造時のコスト及びCO2排出量低減への貢献に期待～
【ポイント】
- 結晶性の酸化物を低温・短時間で合成する手法としてハイドロフラックス法を提案。
- 層状コバルト酸リチウムが低温で合成可能であることを実験的に証明。
- 蓄電池材料に限らずセラミックス製造プロセスの省エネルギー化に期待。
【概要】
北海道大学大学院理学研究院の松井雅樹教授、神戸大学大学院工学研究科の水畑 穣教授らの研究グループは、リチウムイオン電池の正極活物質として広く使用されているコバルト酸リチウムを、低温かつ短時間で合成する手法の開発に成功しました。
層状岩塩構造を持つコバルト酸リチウムは、通常800〜1000 ℃の高温で10〜20時間の長時間の焼成工程を経て合成されます。また、500 ℃以下の低温でコバルト酸リチウムの合成を行うと、結晶構造の異なるスピネル型コバルト酸リチウムが得られることから、層状コバルト酸リチウムは、高温のみで合成が可能な高温相であると考えられてきました。
今回の報告では、ハイドロフラックス法という新たな合成法を提案し、この手法を用いることで市販品と同等の結晶性を持つ層状コバルト酸リチウムを、300 ℃で30分という短時間で合成することに成功しました。また、この反応は150 ℃という低温でも進行し、スピネル型コバルト酸リチウムが形成される反応とは異なる反応経路で合成が進行することを明らかにしました。
ハイドロフラックス法は、出発原料に少量の水を加えることで、液相を介した反応が進行し、固相で反応する従来法と比較して、低温でも酸化物の結晶成長が速やかに進行するという点が特徴です。また、本手法は特別な設備を必要としないため、蓄電池材料に限らず、様々なセラミックス材料の製造プロセスへの応用展開が期待されます。
なお、本研究成果は、2023年10月23日（月）公開のInorganic Chemistry誌に掲載されました。
論文名：Kinetically Enhanced Reaction Pathway to Form Highly Crystalline Layered LiCoO2 at Low Temperatures Below 300 ℃（300 ℃以下の低温において高結晶性層状LiCoO2を形成する速度論的に強化された反応経路）
URL：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.3c01704
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