2019 Fiscal Year Research-status Report
フレキシブル全固体薄膜二次電池の実現に向けたグラファイト負極の革新合成技術
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18K18844
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
都甲 薫 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30611280)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 多層グラフェン / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電気自動車や携帯機器のバッテリーの革新を目指し、二次電池の全固体化・薄膜化の研究が活発化している。中でも、軽くて柔らかい「フレキシブル全固体薄膜二次電池」は、どこにでも設置できることに加え、積層による高性能化が容易であり、「究極の電池形態」といえる。その実現のための要素技術として、負極材料であるグラファイト薄膜(厚い多層グラフェン)をプラスチック上に合成し、バルク・グラファイト級の負極特性を実証することを目指す。
これまで、8種の金属と非晶質炭素の「層交換」により、ガラス基板上に多層グラフェンを低温で合成することに成功した。しかしながら合成温度の下限は500 ℃であり、プラスチック上合成は困難であった。本年度は、当初計画であった「多層グラフェンのプラスチック上合成」に加え、「負極特性評価」を前倒しで行った。
層交換の熱処理雰囲気がグラファイトの合成温度に与える影響を調査した。その結果、非晶質炭素を成膜後に大気暴露することなく熱処理することによって、プラスチック（ポリイミド）の耐熱温度（400 ℃）以下におけるグラファイト合成に成功した。さらに、層交換の初期位置を逆にした「逆層交換」を検討し、グラファイト／集電体（Ni）／プラスチック構造の合成に成功した。上記に加え、層交換合成したグラファイト薄膜の負極特性を評価した。評価にあたっては、Mo箔を基板とし、一般的なコインセルを試作した。その結果、バルク・グラファイトを上回る充放電容量が得られた。グラファイト薄膜中の欠陥がLiイオンの脱挿入サイトとして働いているためと考えられる。以上、当初予定を1年前倒しとし、グラファイト負極のプラスチック上合成と負極動作の実証を達成した。
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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
前年度中に電池負極測定環境を立ち上げることができたため、当初計画であった「多層グラフェンのプラスチック上合成」に加え、「負極特性評価」を前倒しで行った。その結果、グラファイト負極のプラスチック上合成と負極動作の実証を達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラファイト負極のプラスチック上合成と負極動作の実証を達成したものの、その特性には改善の余地がある。グラファイトの合成条件と負極特性の相関を解明するとともに、充放電さらなる高速化に向け、研究を推進する。
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Research Products
(14 results)
