Lithium intercalation and structural changes at the LiCoO surface under high voltage battery operation

高電圧条件下におけるLiCoO表面でのインターカレーション反応と構造変化

田港 聡*; 平山 雅章*; 鈴木 耕太*; 田村 和久   ; 湊 丈俊*; 荒井 創*; 内本 喜晴*; 小久見 善八*; 菅野 了次*

Taminato, So*; Hirayama, Masaaki*; Suzuki, Kota*; Tamura, Kazuhisa; Minato, Taketoshi*; Arai, Hajime*; Uchimoto, Yoshiharu*; Ogumi, Zempachi*; Kanno, Ryoji*

SrRuO(100)/Nb:SrTiO(100)上に作成したエピタキシャルLiCoO(104)薄膜を用いて、リチウムイオン電池正極材料の充放電過程における劣化機構について議論した。LiPOでLiCoO表面をコーティングしたものと、していないものを比較すると、コーティングすることで正極材料の劣化が抑えられることがわかった。表面X線回折実験で充放電過程における表面構造を追跡すると、コーティングした場合のLiCoO(104)表面は構造変化が少なく、その結果結晶構造が維持されて、劣化が抑えられていることが分かった。

An epitaxial-film model electrode of LiCoO(104) was fabricated on SrRuO(100)/Nb:SrTiO(100) using pulsed laser deposition. The 50 nm thick LiCoO(104) film exhibited lithium (de-)intercalation activity with a first discharge capacity of 119 mAh g between 3.0 and 4.4 V, followed by a gradual capacity fading with subsequent charge-discharge cycles. In contrast, a 3.2 nm thick LiPO-coated film exhibited a higher intercalation capacity of 148 mAh g with superior cycle retention than the uncoated film. In situ surface X-ray diffraction measurements revealed a small lattice change at the coated surface during the (de-)intercalation processes compared to the uncoated surface. The surface modification of LiCoO by the LiPO coating could lead to improvement of the structural stability at the surface region during lithium (de-)intercalation at high voltage.