2011 Fiscal Year Annual Research Report
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22750134
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| Research Institution | Kobe City College of Technology |
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Principal Investigator |
小泉 拓也 神戸市立工業高等専門学校, 応用化学科, 准教授 (90435438)
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| Keywords | 二次電池 / 有機正極活物質 / 充放電反応 |
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| Research Abstract |
エネルギーを必要に応じて貯蔵し、使用することの出来る二次電池は今日の情報社会において重要なものである。そこで本研究では次世代高性能二次電池の開発を目指して、正極活物質として優れた性質を持つ有機化合物の創成を行っている。これまでの研究により、フェナジン5,10-ジオキシド(1)を用いた電池は、リチウムイオン電池の実効容量(150Ah/kg)を超え(250Ah/kg)、300回充放電を繰り返しても減少することなく、維持するという結果を得ている。そこで、5,10-ジヒドロフェナジン(2)を用い、オキサミド型ポリマー3を合成し、充放電測定を行ったが、その容量は250AM(gであり、高容量を示す真の活物質ではないことがわかった。また、オキサミド構造を持たない5,10-ジヒドロフェナジン誘導体であるN,N'-ジアセチル-5,10-ジヒドロフェナジン(4)、N,N'-ジベンゾイル-5,10-ジヒドロフェナジン(5)およびN,N'-ビス(エトキシカルボニル)-5,10-ジヒドロフェナジン(6)を合成し、それらの電池特性を検討したが、いずれの場合もリチウムイオン電池の実効容量を超える容量は示さなかった。以上の結果より、フェナジン系正極活物質の高容量化において、オキサミド構造が有効であることが明らかとなった。
また正極活物質の1分子あたりの理論容量は「理論容量=n・F/3.6・Mw」(n:1分子中の官能基数,F:ファラデー定数,Mw:分子量)で算出される。そのため、反応に関与する電子数が等しければ、分子量のより小さい分子を活物質として用いることで、さらなる容量増加が期待できるため、より分子量の小さいジアジン系化合物であるキノキサリン1,4-ジオキシド(7)および2,3-ジメチルキノキサリン1,4-ジオキシド(8)を合成し、その電池特性を検討した結果、7を正極活物質として用いた電池では初回の放電容量が800Ah/kgを超えるという興味深い結果が得られた。また、Sを用いた場合も1回目の放電容量が500Ah/kgと大きい値を示すことを明らかにした。しかし、どちらの場合も充放電サイクルの増加とともに、急激な容量減少が見られた。サイクル特性の改善が今後の検討課題である。
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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
本研究の目的は、現在主流のリチウムイオン電池を凌駕する次世代高性能二次電池の開発を目指して、正極活物質として優れた性質をもつ有機正極活物質の創成である。これまで数種類の有機化合物を合成し、それらの電池特性を検討してきた結果、初回の放電容量はリチウムイオン電池の実効容量を遥かに超える電池の作成に成功している。サイクル特性の改善は必要であるが、おおむね目標を達成していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで研究により、初回放電容量はリチウムイオン電池の実効容量を遥かに超える電池の作成に成功している。しかし、サイクル特性に問題があった。そこでサイクル特性の改善に向けて、今後は電解質の選定を考えている。これまではリチウムイオン電池で使用されているLiPF_6/エチレンカーボネート/ジエチルカーボネート系電解質を使用してきたが、今後はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミデート/オリゴエチレンエーテル系電解質を用いて、現在までに合成した活物質の電池特性を再検討する予定である。
またこれまでの研究により、オキサミド構造が高容量化に有効であることを明らかにした。今後はジオキサミドの酸素を硫黄に置換したジチオオキサミド構造を有する化合物を合成し、それらの電池特性を検討する予定である。酸素を硫黄に置換することで充放電反応中に発生すると考えられるジアニオンの安定化が期待でき、サイクル特性の改善に繋がると考えている。
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