2018 Fiscal Year Research-status Report
Construction of sophisticated phase interface using nanofiber framework to bring innovation to the battery cell architecture
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17K06002
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
田中 学 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 助教 (00531831)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノファイバー / エレクトロスピニング / 高分子電解質 / イオン伝導 / リチウムイオン / 電池 / 相界面 / 電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らのこれまでの研究により、各種イオン伝導性を有する高分子ナノファイバーが非常に優れたイオン輸送特性を有することが明らかになっている。
本研究では、イオン伝導性ナノファイバー集合体(ナノファイバーフレームワーク：NfF)の形状・特徴に着目し、電池等の飛躍的な高性能化に繋がる高機能相界面をNfF上に構築することを目的とする。具体的には、正極・電解質・負極など別個の部材の組み合わせにより構成されている既存の全固体型二次電池の課題を解決すべく、相界面の精密な制御を行いながら電極機能をイオン伝導性NfFに直接付与した全く新しい多機能一体型電池を作製する。電池構造に革新をもたらし、全固体型二次電池の実現・高性能化を達成するとともに、高分子ナノファイバーならではの特長を活かした展開も図る。
本年度は主に、ナノファイバー複合電解質膜の作製と二次電池応用に取り組んだ。前年度作製した表面構造に加え、各種機能性官能基を表面に導入した新規ナノファイバー(NfF)を作製し、複合電解質膜を得た。NfF表面の性状を適切に制御することで、ナノファイバーとマトリクス電解質の界面にイオン輸送に有利な相界面が構築でき、リチウムイオン伝導性やリチウムイオン輸率の向上を達成した。また、全固体型リチウムイオン電池を作製し、初期特性として十分な二次電池性能が得られることを明らかにした。
さらに、多機能一体型電池の実現を目指し、正極構造の検証、電解質との良好な界面形成にむけた検証を行った。具体的には、リチウム対称セルによる定電流サイクル試験前後の電極－電解質界面を大気非暴露SEMなどを用いて評価した。
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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
研究計画の通り、本年度は全固体型二次電池評価に着手し、おおむね順調に進展している。
表面修飾NfF複合膜を用いることで、期待通りの二次電池特性が得られつつある。また、多機能一体型電池作製に向け、電極－電解質界面の検証を開始しており、成果を得つつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は研究計画通り進展しているため、今後も以下3点を柱に研究を推進する。
1) 多機能一体型電池の作製、2) 二次電池評価とナノスケールにおける相界面現象の検証、3) 高機能相界面の構築と設計自由度の高さを活かした新しい電池構造の提唱
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| Causes of Carryover |
当初、本年度は二次電池評価を中心として計画していたため、電極材料など高額物品の多数購入、特殊な材料評価の外注などを予定していたが、実際には予定より購入量は少なく、外注予定評価も所属期間内で実施できたため、支出が当初より少なく済んだ。また、科研費での海外出張を予定したが、別の研究課題に関して他の研究費が得られ、そちらで出張旅費を支出できたため、予定より支出額が少なくなった。
次年度は、本年度繰り越すことが出来た予算を合わせることで、効率よく外注評価を利用するなど当初の予定より加速した形で研究を推進する。また、最終年度の計画に記載してあるリチウムイオン二次電池以外の電気化学測定、デバイス応用には高額の支出が予想されるため、繰越分を含め有効に予算を活用する。
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