2017 Fiscal Year Annual Research Report
Creating Soft-Batteries by Simple and Rapid Processes and Innovating Capacity by Reversible Structure Change
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16H06368
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
野田 優 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50312997)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
門間 聰之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10277840)
獨古 薫 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70438117)
山田 裕貴 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (30598488)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 材料プロセス / 二次電池 / カーボンナノチューブ / 三次元界面 / 高速・高収率合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
野田はA.ポーラス電極とB.スポンジ電極の開発に取り組んだ。Al箔上にCNT垂直配向膜をCVD合成、Sを堆積してS-CNT/Al正極を作製、882 mAh/g-Sの放電容量を0.1C、100サイクルで実現した。また、急速蒸着法によりSi/Cu/Si両面多孔質負極・自立膜を実現した。更に、前倒しでC.多積層セルおよびD.ソフト電池の基礎実験に着手した。高速動作の多積層セルを目標に、LFP-CNTとLTO-CNTのスポンジ正負極でフルセルを作製、110 mAh/g-LFPの放電容量を1C、2500サイクルで実現した。また、セパレータのろ過製膜技術を発案した。絶縁性の窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)を用い、LCO-CNT正極/BNNTセパレータ/黒鉛-CNT負極の一体膜を開発、セパレータ膜厚12 μmでの充放電動作を実現した。加えて、ソフト電池の基本構造であるS-CNTとSi-CNTのスポンジ正負極でフルセルを作製、充放電動作（電極質量基準540 Wh/kg）を実現、山田グループからのLiFSI・2DME電解液がSi負極の長寿命化に寄与することを見出した。門間は、ソフト電池の評価検証のため、電池充放電反応下その場形状観察電気化学セルにてリチウムデンドライト析出を観察することに成功した。またLi/S電池のためのLi2S/KB電極とCNTを複合させた柔軟な正極の合成・特性評価を開始した。獨古は、Li塩と有機溶媒からなる溶媒和物にフッ素系溶媒を添加した電解液を開発、硫黄正極の反応中間体である多硫化リチウムの溶解度が極めて低く、リチウム硫黄電池を安定に作動可能であることを見出した。山田は、前年度に見出された高濃度電解液の基礎物性、電気化学特性、溶液構造の解析に加え、Si負極との適合性評価を行った。また、更なる材料探索を進め、Si負極のより安定的な充放電を可能にする電解液組成を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
提案時は、2017年度まではA.ポーラス電極およびB.スポンジ電極の開発に取り組む計画であったが、前倒しでC.多積層セルおよびD.ソフト電池の基礎実験に着手できた。LFP-CNTスポンジ正極/LTO-CNTスポンジ負極でのフルセルの高速充放電や、S-CNTスポンジ正極/Si-CNTスポンジ負極でのフルセルの充放電動作の実現は、項目C,Dの2018年度以降の本格検討に向け重要な成果である。加えて、提案時にはなかった、BNNTセパレータのろ過製膜は、C.多積層セルおよびD.ソフト電池の実現手段を豊富にするものであり、基本特許の出願を終えた。なお、2016年度に出願したソフト電池の基本特許もPCT出願した。
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| Strategy for Future Research Activity |
野田、門間、獨古、山田の各グループでの研究開発は順調に進捗しており、相互の連携も進んでいる。2018年度は、これらの統合化を積極的に推進する。野田は、C.多積層セルおよびD.ソフト電池の基本となる全電池をコインセルで実現したが、獨古および山田の最新の電解液を適用して、それらの性能を向上する。また、D.ソフト電池として動作している筈のS-CNTスポンジ正極/Si-CNTスポンジ負極フルセルの内部構造を、門間のその場形状観察電気化学セルで観察し実証を目指すとともに、セルのサイクル特性向上にフィードバックをかける。
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