2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Li-composite anodes for highly stable rechargeable batteries based on in-situ transmission electron microscopy observations
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20H02618
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
種村 眞幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30236715)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ２次電池 / 負極 / リチウム / 透過電子顕微鏡 / その場観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、透過電子顕微鏡（TEM）その場観察により得られる２次電池充放電時のLiおよび電極材料の原子レベルでの挙動解析の知見を基に、安全性が高くハンドリングが容易で高性能なLi系負極の開発を行うものである。
(a)充放電その場TEM観察：充放電その場TEM観察用対向電極としてW針状電極先端への多層グラフェン低温合成技術を完成させた。本グラフェン電極、初年度完成させた特型試料作製装置によるLi-C複合材、昨年度完成させたTEM観察用起毛化金箔端面電極を融合し、固体ナノ電池を試作した。その場TEM観察の結果、Li-C複合材の大気暴露時に部分的に形成されるLi酸化物が固体電解質として働き、Li-C複合材から放出されたLiがグラフェン電極に移動しグラフェン層間に挿入されることが格子像観察で明らかにされた。このLiのグラフェン層間への挿入は、Li-C複合材とグラフェン電極の直接接触部のみならずその周囲のグラフェンでも生じた。
(b) 電池特性評価：平板状金電極上に成膜されたLi-C複合材について、電解質として一般的な六フッ化リン酸リチウムを用いてハーフセルを組み立て充放電特性評価を行った。定電流値0.1μA、電圧範囲0.2～3Vの充放電サイクルテストでは顕著な劣化は認められず安定に動作することが再現性良く確認された。
(c)更なる複合化：炭素以外にも14族元素は有望な負極活物質であり、中でもSiは単位重量当たりの理論電池容量が4200mAh/g(Li4.4Si)とグラファイト(372mAh/g)の10倍以上である。本Li-C系のLi-Si-C系への複合化の試金石としてSi-C複合材の合成、電流注入による構造変化のその場TEM観察を行った。Si微粒子表面でのグラフェン形成が可能であり、これにより本複合材はSi系負極の欠点であるLiの出入りに伴う体積変化を抑制できると期待される。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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