2019 Fiscal Year Annual Research Report
Hybrid-Electrolytic Fabrication of Nanoporous Ti/Sn,Mo based Composite Films toward High-perfomance LIB Anodes
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19H02441
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
呉 松竹 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30633573)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八代 仁 岩手大学, 理工学部, 教授 (60174497)
日原 岳彦 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60324480)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | LIB負極材料 / TiO2-TiN / Sn-SnO2 / MoO2-MoO3-MoN / アノード酸化 / ハイブリッドめっき |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池(LIB)の需要は、従来の小型電子機器から大型電気機器へと急速に拡大し、電池の高エネルギー密度化に伴う安全性問題の解決が喫緊の課題となっている。
本研究では、まず、安全性向上の視点から、Tiの酸化と窒化とを同時に実現するスマートアノード酸化により、LIB負極向けの高反応性かつ導電性のナノポーラスTiO2-TiN複合酸化皮膜をTi板上に形成した。続いて、高容量化の面から、金属と酸化物を同時に析出させるハイブリッドめっき法を活用して、大容量且つ導電性のSn-SnO2およびMoO2-MoO3-Mo3N複合ナノ粒子をTiO2-TiN アノード酸化皮膜のナノ細孔中に析出させ、高性能TiO2-TiN/M-MOx複合電極材料の創製に成功した。また、アノード酸化条件の最適化により、カソード電析に必要な導電性を調整することができ、ハイブリッドめっきの条件により複合めっき膜の微細構造および化学組成を制御することができた。さらに、電気化学測定により、Sn系およびMo系物質をマトリックスのTiO2-TiN皮膜へ電析することにより、複合膜の導電性を大幅に改善し、電析前と比べて単一面積の放電容量が5～16倍向上され、サイクル特性も改善できることが確認された。これにより、LIBの安全性向上と高容量化の両立は実現可能のことが示唆された。
特に、Tiのアノード酸化皮膜にカソード電析を用いてモリブデン酸化物とモリブデン窒化物の複合体をめっきできることは世界初めて実現することができた。
そして、研究成果として、著書1件、学術論文登載7件（他投稿中2件）、招待講演５件、国際学会発表9件（ほか予定2件）、国内発表15件、新聞掲載1件を行った。
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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
当初の予想から研究計画と分担内容に沿って行い、研究を順調に進展している。
なお、3月の学会は、コロナウイルス感染拡大の影響で一部中止、一部がWeb開催となっていた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）TiO2-TiN/Sn-SnO2系LIB負極材料の作製および特性評価：昨年度の続きとして、アノード酸化法により異なる膜厚のTiO2-TiN複合皮膜を形成し、ハイブリッドめっき法によりSn-SnO2充填する最適条件を調べる。また、熱安定性および充放電特性について詳細に調べ、安定な電池特性を持つ膜組成と構造の制御方法を見極める。
（２）TiO2-TiN/MoOx-MoO3-Mo3N系LIB負極材料の作製および特性評価：上記と同様に、アノード酸化法により異なる膜厚のTiO2-TiN複合皮膜を形成し、ハイブリッドめっき法によりMoOxを充填する最適条件を調べる。特に電解条件によりMoO2-MoO3-Mo3N複合膜の組成と化学結合状態の制御条件を詳細に調べるとともに、高温型電池としての特性に及ぼす影響因子およびメカニズムを究明する。
（３）LIB負極材料としての電気化学特性評価：前述の各種複合膜を作用電極とし、CV測定およびEIS測定によりLiとの反応メカニズムを解明するとともに、種々の条件で充放電試験を行い、複合めっき膜の組成と結晶構造などによる電池特性への影響を調べ。
また、研究結果を国際雑誌に積極的に投稿し、国内外の学会での発表を通じて社会に発信する。
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| Remarks |
2020.3.17（火） 【中部経済新聞】3面 「研究現場発」の欄において、（独自開発の「ハイブリッド電解法」により新規なLIB負極材料を創製－リチウムイオン電池の高安全性と大容量化の両立」の題名で本研究の研究内容が掲載されました。
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