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交流インピーダンス法による活物質表面極性の評価


○白谷貴明、赤間未行、村形祥太郎、立花和宏、伊藤智博、仁科辰夫, 第59回電池討論会 , 大阪府立国際会議場(グランキューブ大阪),
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学会】交流インピーダンス法による活物質表面極性の評価⇒#417@学会;
交流インピーダンス法による活物質表面極性の評価
○白谷貴明、赤間未行、村形祥太郎、立花和宏、伊藤智博、仁科辰夫,講演要旨集 (2018).


緒言

自然エネルギーの利用や電気自動車の普及により大容量かつ高出力の次電池が必要とされているそれに伴い高速反応可能なマンガンリチウムが期待されているがなぜ高速なのかは明らかになっていないまた同じ結晶構造持つマンガンリチウムでもその出力特性は大きく異なるそこで本研究では活物質の高速性がその表面極性にあるのではないかと考えその誘電率と電池性能の関係について調べた

実験方法

試料極としてAl箔(A1085,厚み30μm,リチウム電池正極)またはCコート(トーヤルカーボ,東洋アルミ)活物質して2種類LiMn2O4(以下LMO(A)LMO(B)略す)LiCoO2(以下LCOと略す)Li2TiO3(以下LTOと略す)載せて作成した対極にはAl箔とCコートφ=11 mm皮ポンチ(アークランドサカモト,JAN4904781164622)打ち抜きφ=11 mmの円形のアルミニウム用いた評価セル試料極上に対極載せて洗濯ばさみで挟んでまな板スタンドに保持して組み立てたセパレータは使用していない集電体にはφ=11 mmの真鍮画鋲用いた作成したセルLCRメーター(HIOKI, 3522-50)用いて周波数37kHz電圧1Vrmsの交流印加してインピーダンス|Z|と位相角θ測定した-X = |Z| sinθよりリアクタンスXそれぞれの活物質ごとに求めた

結果と考察

LMO(A)とLMO(B)はLCOに比べてインピーダンス|Z|は小さかったしかし赤間ら1)の報告によるとFig.1Al線にLCOとLMO打ち込んだ電極では水系電解液中のボルタモグラムから求めたアルミニウムと活物質の接触抵抗はLMOが大きいと述べている活物質の粉体インピーダンスFig.1に示した電池組んだ時の接触抵抗は異なった

Fig.2に活物質の-リアクタンスX示すLMO(A)とLMO(B)マンガンリチウムであるがリアクタンスXはLMO(A)2LMO(B)11kΩとLMO(B)はLMO(A)に比べて5倍となったしかしX線構造解析の結果結晶構造に違いは見られなかったよってFig.2中の-リアクタンスXは活物質内部の変位分極によるものではなく表面極性よることが示唆された

Fig.3に活物質表面の極性示す活物質表面極性が大きいほどAlの表面酸化皮膜と接触したときの空乏層が大きくなる空乏層は電荷が存在しない領域である空乏層が大きいほど接触抵抗は大きい

分子の極性は双極子モーメント議論されるしかしながら双極子モーメント場所の関数であり分子ように点と見なせる場合以外は物性値として使えない活物質表面極性局在している電荷が与える双極子モーメントばらつき由来すると考えられリアクタンスの大きさはそのばらつきの大きさ反映しているものと考えられる

考文献

1) 赤間未行ら, “電池活物質の種類が集電体アルミニウム表面の接触抵抗に及ぼす影響”. 138回表面技術協会講演大会要旨集. 13A-24(2018)



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