2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of safe and high-performance secondary batteries based on nanotubes and assessment of their impacts on reduction of greenhouse gas emission
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21H04633
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
野田 優 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50312997)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 二次電池 / ナノチューブ / 安全・高性能 / 低炭素化 / 技術評価 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
項目1. 高エネルギー密度・高安全性二次電池の開発：SiO/C-CNT自立膜負極とNCM-CNT正極を組み合わせた全電池を開発した。SiOは初回のリチオ化時にLi4SiO4を、CNTは高い比表面積により固体電解質界面相(SEI)を不可逆的に形成して活性なLiを多く消費する。そこでSiO/C-CNT膜を電解液で濡らしLi箔と重ねることでプレリチオ化した。全電池ではLi+が移動する空きサイトも必要なため、SiO/C-CNT膜と完全にリチオ化したf-LixSiO/C-CNTを組み合わせる部分プレリチオ化を提案、p-LixSiO/C-CNT負極とNCM-CNT正極を組み合わせた全電池で、1, 300サイクルで正負極合計質量基準で542, 420 Wh/kgの高エネルギー密度を実現した。
項目3. 電池の製造・利用・廃棄のLCA：項目1で開発したCNTベースSiO||NCM全電池のLCAを実施した。米国アルゴンヌ国立研究所のBatPaCモデルを用い電池パック製造に必要な材料量を算出、SiO負極材について公開特許をもとに製造プロセスをデザインしGHG排出量を算出した。これらを元にLCAを実施、CNT集電体による金属箔レス構造でGHG排出が低減した一方、プレリチオ化による電解液消費量の増大とプロセス時間延長に伴うドライルーム消費電力増大によりGHG排出が増えることが分かり、電解液量の削減とプロセス時間の短縮を進めた。
項目4. 社会実装性に優れた電池の提案：使用済みリチウムイオン電池の材料リサイクルの検討を継続、黒鉛負極材、NCM正極材に加えNCA正極材、LFP正極材も検討した。LIBによる低環境負荷低減に向け、EVでの使用済みLIBを静置型蓄電所に用い再エネ電力を平準化してLIB工場を動かすシナリオを、九州と北海道に対して設定してLCAを実施した。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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