2017 Fiscal Year Annual Research Report
硫黄－有機化合物共重合体の多様化とそのマグネシウム二次電池用正極材料への応用展開
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16H04647
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
堤 宏守 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90211383)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 和英 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 特任教員(准教授) (30637377)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 二次電池 / マグネシウム / 正極材料 / 硫黄 / 高エネルギー密度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究実績は、以下のようにまとめられる。（1）ジブロモスチレンと硫黄との共重合体の合成の実施：ジブロモスチレンと硫黄の反応により、共重合体を合成した。この共重合体の構造については、NMR、IRなどの各種分光法により構造を確認し、目的物が得られてることが明らかとなった。また、GPCによる分子量測定の結果から、分子量は、数千程度であることが明らかとなった。（2）電極シートの調製：（1）により得られた共重合体に、導電助剤（ケッチェンブラック）および結着剤（アルギン酸水溶液）を混合して、電極シートを調製した。（3）電気化学特性の評価：（2）で調製した電極シートの電気化学特性についての評価を、リチウム電解液系で行った。リチウム電解液系において測定を行ったサイクリックボルタンメトリー（CV)測定では、共重合体中に含まれるスルフィド結合の還元、再酸化に対応するボルタモグラムが得られた。特に、共重合体に含まれるスルフィド結合の長さを反映した還元挙動が明確に現れた。（4）試験用のセルの構築と充放電試験による評価の実施：合成した共重合体を用いた正極とリチウム負極を用いた試験用コインセルを構築し、これの充放電試験を実施した。充放電曲線には、CV測定の結果に対応する電位プラトーが観測されるとともに、充放電もある程度の回数可能であることが明らかとなった。
なお、マグネシウム電解液系における検討については、マグネシウム負極の不動態膜（酸化マグネシウム）形成に依ると考えられる不活性化のため、共重合体の電気化学的評価が困難であった。これに対する対応については、現在検討中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
硫黄とジハロゲン化合物との反応により得られる共重合体の合成については、順調に行うことができている。しかしながら、マグネシウム負極と組み合わせて電池を構築し性能評価を行った際に、電池性能の低下が、正極材料そのものの劣化なのか、マグネシウム電極表面の不動態膜（酸化マグネシウムが主成分とされている）による劣化なのかが、判別できないことが多く対応が難しい状態となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究の進捗状況に記載したように、マグネシウムを負極とする系では、硫黄とジハロゲン化合物と反応して得られる共重合体の電気化学的評価が難しくなっている。そこで、共重合体の電気化学的評価は、系の再現性の高いリチウムを負極とする系について、まず評価を行うことを実行する予定である。検討に用いるジハロゲン化合物については、ベンゼン環上に各種の官能基を有するスチレン誘導体を合成し、これを用いて、多様な構造を有する硫黄ージハロゲン化合物共重合体を合成する。
また、マグネシウム負極が安定して稼働する電池系についての報告も出てきており、これらを参考に、最終目標である本研究で共重合体を正極、マグネシウムを負極とする電池系の評価を行う予定である。
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