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 研究内容
 

― 高性能希土類磁石の開発 ―

 Nd-Fe-B系希土類磁石は優れた磁気特性を有しており、VCM、MRI、各種モータや回転数センサ等に使用されている。特に、近年の環境問題への関心の高まりから、電気自動車(EV)やハイブリッド車(H-EV)などの駆動モータ用、風力発電などの超大型モータ用を始めとする用途への使用量が急激に増大しており、高負荷、高温下での使用環境にも対応可能な高い保磁力をもつ永久磁石が切望されている。当研究室では、粒界拡散法 (Grain Boundary Diffusion Process : GBDP ) を用いて粒界相中に重希土類を導入し、残留磁束密度の低下を伴わずに保磁力を増大させる研究を行っている。
 
 

― 希土類フリーな新規蛍光体の開発 ―

 現在、白色LEDに使用されている蛍光体は希土類イオンを賦活させたものが主流であり、これは4f電子遷移に基づく強い発光を示す。
しかしながら現状、世界の希土類資源の95パーセント以上は中国が生産しており、安定的供給という観点から希土類フリーな蛍光体の開発が望まれている。当研究室では希土類フリーを目指した新規蛍光体の開発や赤色蛍光体の特性改善についての研究を行っている。
 
   

- リチウムイオン二次電池用高容量負極材料の開発 -

 リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、身の回りの様々な場面で用いられています。今後、用途の拡大により、さらなる高容量・長寿命化が求められています。電池の構成のうち、負極材料の分野で、実用化されているグラファイトは優れたサイクル特性を有していますが、容量の向上が限界にきています。そこで、容量を画期的に上げるために、リチウムと合金化することにより、多くのリチウムを吸蔵することができるSi や Sn などが注目されています。
 しかし、 Si や Sn はリチウムと合金化する際、約4 倍に体積膨張し、電極基板から脱落したり、クラックが生じて微粉化するなどの原因によってサイクル劣化が激しいという欠点があります。そこで、当研究室では、無機材料化学の観点から、それらの課題を解決し、高性能負極開発を目指しています。

 当研究室では、(1) リチウムに対して不活性な金属との複合化と (2) ナノ構造制御の観点から、体積膨張という課題にアプローチし、サイクル特性向上を試みています。

(1)金属との複合化
 現在までに、Mg、Cu、Ni等の金属とシリコンの複合体について検討を行ってきました。リチウムに対して不活性な金属を複合化することで、集電性が改善し、体積膨張が緩和され、サイクル特性の向上に寄与することを示す結果が得られています。現在は未検討の金属について、または現行の複合体をさらに高性能化できないか検討を行っています。

(2)ナノレベル構造制御
 ナノレベルでシリコン粒子の形状を制御することによって、体積膨張の緩和や反応面積増大などの効果が期待できます。当研究室では、無機合成をベースに、新規ナノ構造制御法の確立を目指しています。

   
 

- リチウムイオン二次電池用高容量正極材料の合成 -

(1)LixFePO4F
LiFePO4 has flat voltage profile, good electrochemical/thermal stability, relatively low cost for synthesis, and environmental compatibility with less toxicity than other cathode materials. However, the low intrinsic electronic conductivity of LiFePO4 and the low diffusion coefficient of Li+ are the main shortcoming that limits its application in industry.
LixFePO4F (1<x<2), has 3D pathway for lithium ion, which is improved compared with LiFePO4. So it has been noted as one of excellent cathode materials since it shows good durability for the charge-discharge processes as well the excellent electrochemical properties for LIBs.

(2)Li2FeSiO4
As a new kind of polyanion cathode material, Li2FeSiO4 draws more and more attention because of its inexpensive materials (Fe and Si are abundant in the earth), high safety, and high theoretical capacity (166 mAh g?1 for one Li+ ion exchange and 332 mAh g?1 for two Li+ ions exchange).
Because of unexpected reaction, the final product was always contained impurity, Fe3O4, Li2SiO3. In this study, we are trying to find the new method to synthesize the single phase of Li2FeSiO4. At the same time, controlling the size of the particles.