KAIST、寿命の長い次世代電池「高容量リチウム過剰正極材料」を開発

EV・バッテリー 研究開発

KAIST、寿命の長い次世代電池「高容量リチウム過剰正極材料」を開発

KAIST(韓国科学技術院)は、新素材工学科チョ・ウネ教授の研究チームが、既存のバッテリー正極材より20%以上エネルギー密度が高く、安定性を維持することができる「高容量リチウム過剰正極材料」を開発したと3日、明らかにした。
 
(参考記事:「韓国研究チーム、EV電池の寿命を向上させるコーティング技術を開発」)
 
現在、電気自動車バッテリーにはニッケルの含有量が高い「ハイニッケル(Ni)」正極素材が使用されている。コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)の酸化物であるバッテリーの正極材料は、ニッケルの含有量が高いほど容量(200mAh / g)が高いが、ハイニッケル正極材料としては、走行距離の向上に限界がある。

今回の研究でチョ教授のチームは、ハイニッケル正極材料の代わりにリチウム過剰正極材料を提示した。

リチウム過剰正極材料は、保存されたリチウムの量が多く利用可能な容量が250mAh / gに達し、既存のハイニッケル正極材料よりも20%多くのエネルギーを保存することができる。

ただし、リチウム過剰正極材料は、最初の充電と放電の間に酸化物を構成している酸素が気体になって不可逆的に抽出された反応が起こる。これにより酸化物正極材構造が崩壊し、電池の性能が急激に減少する短所がある。

これを克服するため、チョ教授チームは、不可逆酸素反応が主に発生する正極材表面に、選択的にバナジウム(V)イオンをドーピングする技術を開発し、リチウム過剰正極材料の安定性を高めることに成功した。

リチウム過剰正極材料が、最初の充放電で69%の低い可逆性を持つが、バナジウムをドープしたリチウム過剰正極材料は、最初の充放電時81%に達する高い可逆性を示し、100サイクルの充放電後も92%に達する安定性を確保した。

新素材工学科のイ・ヨンジュ博士が第1著者として参加した今回の研究結果は、材料分野の国際学術誌「アドバンストサイエンス(Advanced Science)」オンライン版に去る1月29日付けで掲載された。論文名:Promoting the Reversible Oxygen Redox Reaction of Li-excess Layered Cathode Materials with Surface Vanadium Cation Doping。

チョ教授は「ドープされたバナジウムイオンが正極材料内の酸素イオンの電子構造を変化させて充放電時に可逆的な酸化・還元反応が可能にした」とし「全工程が比較的簡単で、大量生産にも適している」と述べた。
 
(参考記事:「KAISTの研究チーム「解像度高めた薄型4Dカメラを開発」発表」)
(参考記事:「KAISTの研究チーム、深層学習を利用した遺伝子転写因子予測システムを開発」)
(参考記事:「韓国KAIST「次世代量子光源のための半導体量子ドット対称性制御技術を開発」」)


 
 
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