2020 Fiscal Year Research-status Report
電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素ナノシートの創出と全固体電池用正極材への応用
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19K05678
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
金澤 昭彦 東京都市大学, 理工学部, 教授 (80272714)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リチウムイオン二次電池 / 全固体電池 / 硫黄正極 / 二硫化炭素 / ポリ硫化炭素 / 導電性レドックス / 電子-イオン混合伝導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、汎用有機溶媒である二硫化炭素から誘導される炭素と硫黄が1:1の化学量論的組成からなるポリ硫化炭素を基幹材料として、それらの合成検討と物性評価をとおして硫黄(電池活物質)、カーボン(導電助剤)、Liイオン伝導体(固体電解質)などの複数の役割を併せもつ電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素を創出し、全固体電池用正極材としての潜在性能を検証することを目的とする。
これまでに、支持電解質として有機塩を用いた二硫化炭素の電解重合によって、ドーパント添加型ポリ硫化炭素が得られ、それらは未ドープでも電気伝導性を示すことを明らかにしてきた。これらの結果を踏まえて、今年度は支持電解質として金属塩（アルカリ金属塩、遷移金属塩）を用いることによって、アルカリ金属イオンあるいは遷移金属イオンを対イオンとして含むドーパント添加型ポリ硫化炭素、換言すれば新規な有機金属高分子錯体の合成法を確立することを目的とした。その結果、二硫化炭素の電気化学反応および光化学反応を基盤とするポリ硫化炭素を配位子とする有機金属高分子錯体の新規合成法を開発することができた。また、得られた化合物を加圧造粒処理して圧粉成形体を調製し、四探針法により電気伝導性を調べた結果、従来の非金属系ポリ硫化炭素よりも二桁高い電気伝導度を示すことがわかった。観察された高い電気伝導性は、金属イオンの導入によるポリ硫化炭素の高次構造に起因することが明らかとなった。
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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
今年度は、ポリ硫化炭素を配位子とする有機金属高分子錯体の合成法を確立することができ、得られた化合物がπ電子共役系に基づく電子伝導性を示すことを実証することができた。また、金属錯体化ポリ硫化炭素は複素環共役π電子系の形成も可能な構造特異性を有することが示唆され、電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素の実現に向けた有益な知見を得ることができた。最終目標に向けた研究を計画どおり遂行することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素の開発において、まず電子伝導性のより一層の向上を目指して直鎖状π共役構造からシート状縮環型π共役構造への熱転換について検討し、π共役系の拡張を図る。また同時に、Liチオラートユニットからなる複素環π共役構造の一次元スタッキングに基づくイオン伝導チャネル形成とLiイオン伝導性について検証する。さらに、前述のポリ硫化炭素の分子設計に加えて、全固体電池用正極材に特化した材料設計として、メソ多孔化に関する材料化学的アプローチを行う。ポリ硫化炭素を基盤とするπ共役系金属有機構造体を構築し、電池活物質としての性能向上を目指す。最終的に、ポリ硫化炭素が正極活物質や導電助剤に加え固体電解質としての役割をも担うことが可能であることを確認した後、それらを正極材に用いた全固体電池を試作し、本研究課題の実証を行う。
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| Causes of Carryover |
本年度の直接経費1,159,149円の内、4,288円を次年度に使用することとした。これは、物品費(消耗品費)として予定していた化合物合成に使用する試薬原料の購入を一部次年度に先送りしたことに起因する。繰り越し分は、次年度に当該物品の購入に使用する予定である。
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