層状岩塩型構造とは

正解：B. LiCoO₂は層状岩塩型、LiMn₂O₄はスピネル型、LiFePO₄はオリビン型

LiCoO₂ は酸素の最密充填の中で Li 層と Co 層が交互に並ぶ層状岩塩型(α-NaFeO₂型)で、Li⁺ は層の間を2次元的に動きます。LiMn₂O₄ はスピネル型で、Mn と O の骨格の中に3次元につながった Li⁺ の通り道があり、作動電圧は約4 V です。LiFePO₄ はかんらん石と同じオリビン型で、PO₄ 四面体と FeO₆ 八面体の骨格の中を Li⁺ が1次元のトンネルに沿って動き、作動電圧は約3.4 V です。ほかの2つの選択肢は、この3つの構造の名前を入れ替えたものです。層状、スピネル、オリビンの3つは、正極材料を分類するときの基本の構造です。

正解：C. P–O の強い結合で酸素を放出しにくいが、電子伝導性が低いので微粒子化と炭素被覆をして使う

LiFePO₄ では酸素が P と強い共有結合で結ばれた PO₄ 四面体になっているため、過充電や高温でも酸素を放出しにくく、熱的な安全性に優れます。一方で、Li⁺ の拡散は1次元のトンネルに限られ、電子伝導性もきわめて低いので、粒子を100 nm 程度まで小さくし、表面を炭素で覆って使います。Li⁺ が層の間を2次元的に動き、Li を約半分以上抜くと構造が不安定になるのは、層状岩塩型の LiCoO₂ の特徴です。3次元の通り道をもち、Mn の溶け出しが課題になるのはスピネル型の LiMn₂O₄ です。