2019 Fiscal Year Annual Research 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, 准教授 (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を明らかにしている。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。
最終年度である本年度は、主にNfF複合電解質膜を用いた全固体型二次電池の作製と評価に取り組んだ。前年度までの知見をもとに、各種機能性官能基を有するNfF複合電解質膜を作製した。NfF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。続いて全固体型リチウムイオン電池を作製し、優れた二次電池性能（充放電特性およびサイクル安定性）が得られた。さらに多機能一体型電池に向け、正極構造を検証し、電極／電解質一体成形による良好な界面形成を実現した。本研究課題を通じて、当初目的とした高機能相界面の構築に必要な知見が多数得られ、全固体型二次電池の高性能化の一例として多層積層構造(高出力電位が可能)を有する二次電池の作製にも成功した。
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