Effects of Metal Oxide Additives on Anode Properties of Magnesium Hydride for All-Solid-State Lithium Ion Batteries <Short Paper>

Ikeda Suguru

Ichikawa Takayuki

Yamaguchi Shotaro

Miyaoka Hiroki

Kojima Yoshitsugu

Journal of the Japan Institute of Energy

マグネシウムハイドライド（MgH2）の初期の低いクーロン効率を改善するために，マグネシウムハイドライドに5 mol% の五酸化ニオブ（Nb2O5）を添加し，これを電極とした全固体リチウムイオン電池を作製した。五酸化ニオブを1 mol% および5 mol% 添加したマグネシウムハイドライド（99MgH2-1Nb2O5，95MgH2-5Nb2O5）並びに固体電解質はメカニカルボールミリングによってそれぞれ合成した。MgH2，99MgH2-1Nb2O5，95MgH2-5Nb2O5 からの水素放出温度は昇温脱離質量分析によって測定した。また，95MgH2-5Nb2O5 の充放電測定は，電流密度を0.05 mA cm-2，0.15 mA cm-2 として100℃の温度条件下で行った。その結果以下が明らかとなった。（1）MgH2 の水素放出温度はNb2O5 の添加量が増加するのにつれて低下する。また，クーロン効率はNb2O5の添加量が増加するのにつれて向上する。従って，クーロン効率はMgH2 の水素放出温度が低下するのにつれて向上するといえる。（2）MgH2 のレート特性もNb2O5 を添加することによって改善する。（3）MgH2 へのNb2O5 の添加効果は，熱力学的・電気化学的な理由からリチウム吸蔵反応よりリチウム放出反応の方が顕著になる。（4）リチウム吸蔵反応において，MgH2 へのNb2O5 の添加効果は電流密度が0.15 mA cm-2 の方が0.05 mA cm-2 よりも顕著になる。

このように，MgH2 の負極特性はNb2O5 を添加することによって改善する。

We fabricated an all-solid-state lithium ion battery with magnesium hydride (MgH2) anode which was catalyzed by doping 5mol% Nb2O5 (95MgH2-5Nb2O5) to increase low first-coulombic-efficiency of MgH2 anode. The catalyzed MgH2 (99MgH2-1Nb2O5, 95MgH2-5Nb2O5) and solid electrolyte were independently synthesized by mechanical ball milling. In order to investigate the hydrogen desorption temperature of pristine MgH2, 99MgH2-1Nb2O5 and 95MgH2-5Nb2O5, thermal desorption mass spectroscopy was carried out. In addition, the charge and discharge measurement for 95MgH2-5Nb2O5 was carried out at 100 ℃ and at current density of 0.05 mA cm-2 and 0.15 mA cm-2. As a result, the following results were revealed. (1) The hydrogen desorption temperature decreases with increasing Nb2O5 contents and columbic efficiency increases with increasing Nb2O5 contents. Therefore, the columbic efficiency increases with decreasing hydrogen desorption temperature. (2) Rate properties of MgH2 are also improved with increasing Nb2O5 contents. (3) Effect of Nb2O5 additives on anode properties of MgH2 is clearer upon the Li extraction reaction than that upon the Li insertion reaction due to thermodynamically and electrochemically reasons. (4) Upon the Li insertion reaction, effect of Nb2O5 additives become clearer at current density of 0.15 mA cm-2 than that of 0.05 mA cm-2.

Thus, the anode properties of MgH2 are improved by adding Nb2O5.

Lithium-ion battery

Negative electrode

Niobium oxide

Hydrogen

化学 [ 430 ]

英語

The Japan Institute of Energy

本文データは学協会の許諾に基づきCiNiiから複製したものである

[DOI] 10.3775/jie.93.926

[NAID] 130004696853 ～の異版である

[ISSN] 0916-8753

[NCID] AN10373883