2016 Fiscal Year Annual Research Report
革新的蓄電池の実現に向けたナノ構造・ナノ複合体硫黄系高容量正極材料の創製
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15H04251
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
谷口 泉 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (00217126)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 硫化銅 / 噴霧熱分解法 / 正極材料 / 五酸化バナジウム / リチウム二次電池 / リチウム硫黄二次電池 / ナノ構造体材料 / ナノ複合体材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、化学量論組成のCu2S（理論容量：337 mAh/g）を噴霧熱分解法により合成し、集電体としてカーボンペーパーを用い、交流インピーダンス測定、サイクリックボルタンメトリー測定、充放電サイクル特性の測定を行った。さらに、Exsitu X線回折を用いて、充放電時におけるCu2Sの結晶構造変化を解析することにより、充放電時の電極上で起きる電気化学反応メカニズムを明らかにした。また、集電体として銅箔を用いて、同様な解析を行うことで、Cu2S正極活物質の電気化学特性に対する集電体（銅箔、アルミ箔およびカーボンペーパー）の影響を明らかにした。
硫化銅正極としてさらに高容量が期待されるCuS(理論容量：560 mAh/g)についても、噴霧熱分解法を用いて、原料溶液組成、噴霧熱分解温度および焼成温度を変えて行い、化学量論組成のCuSが合成できる条件を明らかにした。
また、昨年度合成に成功した球状多孔質ナノ構造V2O5を用いて、それと硫黄と炭素を遊星ボールミルで混合し、その後水熱合成用の反応器にそれらを充填し、100から200℃で加熱することで、硫黄/炭素/球状多孔質ナノ構造V2O5の複合体正極を合成し、その電池特性について検討を行った。
その結果、熱処理のプロセスでV2O5の細孔内に硫黄が含浸することが明らかなり、このような硫黄/炭素/球状多孔質ナノ構造V2O5の複合体正極は、球状多孔質ナノ構造V2O5を添加していない正極材料と比較して、サイクル特性に優れていることを明らかにした。
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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
研究計画が良く練られていたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
硫化銅(CuS)正極については、化学量論組成および非化学量論組成のCuS1+xを噴霧熱分解法により合成し、その物理特性および電気化学特性について検討を行う。その際、電気化学特性の評価においては、集電体としては、カーボンペーパーと銅箔を用いる。充放電時における電極内の電気化学反応は、電極のExsitu X線回折、充放電曲線、サイクリックボルタンメトリーの結果を解析することで、そのメカニズムを明らかにする。
硫黄/炭素/球状多孔質ナノ構造V2O5の複合体正極については、V2O5の様々な物理的特性（粒子径、細孔径、細孔体積）を有する材料を噴霧熱分解法により合成し、複合体電極とした時のリチウム硫黄二次電池特性を明らかにする。
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