正極内部での重合を鍵とする二次電池用有機材料の開発
| Project/Area Number |
21K14696
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 35030:Organic functional materials-related
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
吉村 彩 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 講師 (50772696)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 二次電池 / 正極活物質 / 有機材料 / 重合 / 高サイクル特性 / 電解重合 / テトラチアフルバレン / 酸化還元 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、リチウムイオン二次電池の正極活物質として、環境負荷が小さく多彩な分子設計が可能な有機材料が注目されている。しかし、有機材料は一般に電解液に対する溶解性が高くサイクル特性が優れない。本研究では、重合点を有する酸化還元活性な分子に着目し、正極の内部で重合させ溶解性を低下させることでこの課題の解決を図る。本研究の標的分子は、サイクル特性の改善だけでなく、高容量、高エネルギー密度も示すように設計されており、将来的に高性能な二次電池用新材料の開発に繋がる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機正極活物質の電解液に対する溶解性の高さを改善し、高い容量、高いサイクル特性、高いエネルギー密度を同時に満たす有機分子の開発を目指した。令和4年度までに、テトラチアフルバレン（TTF）の周辺部に四つのトリフェニルアミン部位を有する分子（4TPA-TTF）の合成に成功し、それを正極活物質とする二次電池が高いサイクル特性やエネルギー密度を示すことを見出している。
令和5年度は、4TPA-TTF以外に、TTFの周辺部に四つのジフェニルメチルアミン部位を有する化合物、四つのジフェニルアミン部位を有する化合物、チオピラン部位を有する新規分子の合成に成功し、これらの分子がサイクリックボルタンメトリー測定中に重合することを確認した。
4TPA-TTFを正極活物質として用いた二次電池に関しては、充放電した電池を分解し、EDX解析を経時的に測定した。サイクリックボルタンメトリーを用いた4TPA-TTFの詳細な電気化学的性質と併せた考察により、4TPA-TTFの電池内での重合機構や充放電機構が明らかになった。また、4TPA-TTFを活物質とする二次電池が高いレート特性を示すことも明らかになった。また、対照実験として、4TPA-TTFを別法で予め重合させた分子を合成した。しかし、合成した分子の形状から、それらを用いた電池は作成することができなかった。この結果より、当初の予想通り、本研究で提案する電池内重合技術の優位性を確認することができた。
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Report
(3 results)
Research Products
(55 results)
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[Journal Article] Improvement in Cycle Life of Organic Lithium-Ion Batteries by In-Cell Polymerization of Tetrathiafulvalene-Based Electrode Materials2022
Author(s)
Aya Yoshimura, Keisuke Hemmi, Hayato Moriwaki, Ryo Sakakibara, Hitoshi Kimura, Yuto Aso, Naoya Kinoshita, Rie Suizu, Takashi Shirahata, Masaru Yao, Kunio Awaga, Hideki Yorimitsu, Yohji Misaki
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Journal Title
ACS Applied Materials & Interfaces
Volume: 14
Issue: 31
Pages: 35978-35984
DOI
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Aya Yoshimura, Keisuke Hemmi, Hayato Moriwaki, Ryo Sakakibara, Hitoshi Kimura, Naoya Kinoshita, Rie Suizu, Takashi Shirahata, Masaru Yao, Hideki Yorimitsu, Kunio Awaga, Yohji Misaki
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Author(s)
吉村彩、御崎洋二
Total Pages
4
Publisher
化学工業社
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