リチウムイオン二次電池正極活物質の表面電荷が活物質内部のリチウム移動速度に及ぼす影響
石川智士1,仲島康平1,伊藤智博2,立花和宏2,仁科辰夫2
山形大工1,山形大学術2
［序論］筆者らは活物質表面の極性が活物質の反応速度に大きな影響を及ぼすことを見出している。本研究では活物質の表面電荷が、活物質内部におけるリチウムの移動にどのような影響を及ぼすかを考察し、高い反応性を有する活物質に適切な電極設計の指針を提案することを目的とする。
［実験］活物質として2種類のマンガン酸リチウムを使用した活物質について誘電率や表面状態を測定し．さらに活物質を金集電体に打ち込み、サイクリックボルタモグラムより、リチウムイオンの酸化還元に伴う2つ電流ピークを観察した
［結果］図１に示すように、LiMn2O4①ではLiMn2O4②の7倍近い電流と、酸化還元に伴う2つの電流ピークが観察された．2つのシャープな電流ピークが観察されたLiMn2O4①が，表面の酸素原子の比が高く，見かけの誘電率も高い傾向を示した。
［結論］誘電率の高い活物質を用いたセルでは見た目の誘電率が低い活物質を使用したセルと比較し
石川智士, 仲島康平, 伊藤 智博, 立花 和宏, 仁科 辰夫 ,第46回セミコンファレンス・第28回東北若手の会 (2015).
伊藤らは金集電体に活物質であるマンガン酸リチウム電池を打ち込み，活物資のみの性能のハーフセルで評価し，見かけの比誘電率が高いマンガン酸リチウムがCレートが高いことを報告している．しかし，比誘電率が高いマンガン酸リチウムは，スラリーを混錬し，アルミニウムに塗工して電池を組むとその性能が失われる.そこで，本研究では高速充放電マンガン酸リチウム電池に使うスラリーの最適設計について報告する．
アルミニウム原箔と相互拡散層処理を施したアルミニウム箔に高いレート特性を示すマンガン酸リチウム含むスラリーを塗工して電解セルを組み，CV測定したところ相互拡散層処理アルミニウムのほうが内部抵抗が低減した．また，スラリーに含まれるPVDFの割合を1%から10%に増量することで，内部抵抗が半分になった．
関根慧, 石川智士，伊藤智博，立花和宏，仁科辰夫 ,平成28年度 化学系学協会東北大会 (2016).