氧气参与反应的镍基电池材料，有望实现高能量密度锂电池，新型不规则岩盐型镍基材料的开发及其在下一代蓄电池中的应用

横滨国立大学
V体育
冈山县立大学
京都大学
立命馆大学

这项研究的要点

〇发现了一种新型镍基材料，与传统材料不同，氧气有助于反应
〇证明使用氧气的新型高效、高压电池反应
〇​将导致下一代高能量密度电池材料开发的研究成果

研究概述

　横滨国立大学Yabuuchi教授和V体育Nakayama教授领导的研究小组开发了一种无序岩盐型镍基材料，并从实验和理论上分析了反应机理。因此，我们在世界上第一个证明，与传统材料不同，尽管氧气有助于反应，但这种材料仍表现出高效率和高电压。这一成果有望从与以往不同的角度引发高能量密度锂离子电池材料的开发，并进一步提高锂离子电池的性能。
　该研究成果发表在美国化学会科学杂志《”于 2022 年 5 月 23 日（日本时间）在线发布。

研究成果

　锂离子蓄电池市场正在迅速扩大，富锂锰基层状材料的研发正在进行，旨在进一步提高电池的能量密度。虽然利用这些材料利用氧的氧化还原反应可以获得高容量，但存在充放电期间的能量效率较差且工作电压较低的问题。此外，锰的存在对于稳定这种氧反应是必要的。在这项研究中，我们致力于开发一种具有岩盐型结构的氧化物材料，其中锂和镍不规则排列，这与传统的层状材料不同。结果，我们成功地实现了优异的充电/放电效率，并在比锰基材料更高的电压下工作。此外，进行了详细的实验和理论分析，并确认了氧引起的氧化还原反应以与锂过量的锰基层状材料相同的方式进行。此外，在不规则的岩盐结构中，呈线性镍-O-镍我们在世界上首次证明键的形成可以特异性地激活和稳定反应，从而可以实现更高的效率和更高的电压。如果未来材料开发取得进一步进展，这一研究成果将有助于实现实用的高能量密度电池。这项研究是横滨国立大学、V体育、冈山县立大学、京都大学、新南威尔士大学、韩国科学技术院、巴斯夫日本有限公司和立命馆大学共同研究的成果。

实验方法

镍基岩盐型氧化物李妮_2/3NB_1/3O₂是李₂CO₃，镍(OH)₂，NB₂O₅通过固相反应进行合成。作为原料。高能加速器研究组织的光子工厂报告了充电和放电过程中样品电子态的变化。J-PARC，立命馆大学SR澳大利亚中心澳大利亚同步加速器进行。

社会背景

　全球范围内实现脱碳社会的运动正在加速。为此，必须利用阳光、风能等自然能源来提高电动汽车的性能，并需要开发更高性能的正极材料。使用氧而不是传统过渡金属离子的新型电池材料有望提高能量密度，因此在全球范围内正在经历激烈的开发竞争。

未来发展

　我们发现了一种利用氧的高效、高压无序岩盐型镍基材料，并建立了新型电池反应的基础理论。这一基础理论的应用有望带动高能量密度岩盐材料的开发和下一代锂离子蓄电池的实现。

术语表

富锂层状材料：与传统材料相比，其结构中含有过量固态锂的材料。作为下一代高容量正极材料，正在进行积极的研究和开发。

不规则排列的岩盐型结构：即使在岩盐型结构中，常规材料也具有其中锂和过渡金属离子规则排列的层状结构，但该材料具有其中锂和过渡金属离子不规则排列的结构。这种无序结构的特点是线性 Ni-O-Ni 键。

联系信息

研究相关

横滨国立大学工学院
薮内直明教授
电话：045-339-4198
电子邮件：yabuuchi-naoaki-pw[at]ynuacjp

V体育工学研究科工程系（生命与应用化学）
中山正信教授
电话：052-735-5189
电子邮件：nakayamamasanobu[at]nitechacjp

公共关系很重要

V体育企划公关科
电话：052-735-5647
电子邮件：pr[at]admnitechacjp