2017 Fiscal Year Annual Research Report
Spatially resolved analysis of electrode reactions and application to battery design
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15K17924
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
片山 真祥 立命館大学, 生命科学部, 任期制講師 (90469198)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 反応分布 / 導電助剤 / 均一化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池の合剤正極において観測される不均一反応は、電池の局所的な劣化と安全性の低下を引き起こす。正極反応の均一化は電池の実用化に向けて極めて喫緊の課題である。本研究では、LiFePO4正極における不均一反応を引き起こす要因として電子伝導経路に着目し、電子伝導性を向上させた電極の開発とその反応の空間分解解析を実施した。合剤電極中の導電助剤の割合を増加させることは、以前より不均一反応の緩和に効果があることを明らかにしていたが、本研究においては、導電助剤の割合を変えた正極における反応分布特性の詳細な解析を実施した。その結果、導電助剤を増加させた電極では、同じ反応の進行度において、導電助剤の割合が少ない電極での反応に比べて、反応チャンネルからの周囲への広がりが大きくなることが明らかになった。これは、反応の不均一性を左右する導電経路の構造を理解するための重要な知見である。
合剤電極中の電子伝導経路は、電極集電箔上に塗布された合剤中で３次元的に発達していると考えられる。しかし、すべての電流は合剤層と集電箔との界面を必ず経由するため、界面の抵抗も反応に大きく影響を及ぼす。本研究では、集電箔表面の抵抗を低減することで、電極の不均一反応がどのように改善されるかにも取り組んだ。反応分布解析の結果、導電層の導入により電極面内方向の反応は均一化し、導入した導電層の抵抗が小さいほど、均一化の効果が大きいことを明らかにした。
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