2016 Fiscal Year Annual Research Report
新規単一粒子測定法による蓄電システム用二次電池電極の特性評価技術に関する研究
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15H03963
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
櫻井 庸司 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80452217)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 二次電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．粒子形態の異なる電極活物質単結晶の合成および表面修飾
溶融塩合成法や水熱合成法により、合成条件を工夫することで各種電極材料の粒子形態制御が可能であることを確認した。特に前者の溶融塩合成では、特定結晶面で囲まれたLiMn2O4(LMO)正極材料やLi4Ti5O12(LTO)負極材料の３次元的多面体結晶合成に成功し、これら材料の単一粒子電気化学特性を明確化した。一方で、水熱合成法によって合成した２次元的平板状形態のオリビン型LiMnPO4(LMP), LiFePO4(LFP)においては、そのままの状態では材料の本質的低電子伝導性が災いして電気化学的活性に乏しかったものの、FIBを用いた炭素皮膜形成による表面改質を施しても期待した特性改善は得られなかった。この原因として、炭素皮膜が緻密で厚かったことが可能性として考えられ、今後はこの観点から表面修飾方法の最適化を図ることとした。
２．電極特性支配因子解明に向けた単一粒子測定
昨年度開発した密閉型３電極セルの利点を最大限に活用し、LTO単一粒子を対象活物質として、サイクリックボルタンメトリー,電気化学インピーダンス測定,定電流充放電サイクルなどの多種多様な電気化学特性評価手法を用いて、電流レート特性や温度依存性を各種電解液中で連続測定することに成功した。しかしながら、LTOの場合には電解液との反応によって表面被膜が生成し、その影響が電解液交換の度に蓄積することで特性劣化する現象が見られた。そのため、同等粒子径の別粒子を用いて電解液溶媒依存性を評価した。
３．電極材料の加速寿命評価条件の検討
次年度に体系的に行う予定の電極加速寿命評価に向けて、短期間でサイクル寿命が見通せる加速寿命評価試験条件として30C（２分で放電または充電が完了する電流レート）が適切であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来の単一粒子測定法では困難であった“電極活物質粒子１個のみで連続して各種特性・依存性を取り尽くす”という稀有な測定が、材料固有課題はあるものの、本研究の単一粒子/集電体一体型微小電極を用いることによって可能であることが実験的に確認できており、研究実施計画に従っておおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究により、電極活物質単一粒子/集電体一体型微小電極の連続的な電気化学特性評価が可能であることが明らかとなっており、今後はこの技術の優位性を活かして、活物質粒子の表面修飾効果の明確化とともに、材料の本質的な長期充放電寿命の短期間での評価（加速寿命評価）を含めて体系的に進める予定である。
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