2014 Fiscal Year Annual Research Report
二酸化炭素/エポキシド共重合体型電解質の創製と特異的なイオン伝導挙動の解明
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25288095
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
富永 洋一 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30323786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中野 幸司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (70345099)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 固体高分子電解質 / イオン伝導度 / 二酸化炭素 / ポリカーボネート / リチウムイオン電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、前年度に引き続きカーボネート/エーテル比率（交互性）とイオン伝導度の関係を調査した。具体的には、モノマーをプロピレンオキシドからイオン伝導性に優れるエチレンオキシド(EO)に変更し、交互性の異なる共重合体P(EC-PO)の合成を行った。重合用の触媒については、従来のCoサレン触媒の他、ダブルメタルシアニド錯体を用いた。エーテル結合が比較的多く含まれる共重合体の合成には、特にダブルメタルシアニド錯体が優れていることが分かった。本年度は、P(EC-PO)のエーテル含有量が約30%の共重合体を合成することに成功し、そのLiTFSI電解質はそれぞれの共重合成分のホモポリマー（PEOおよびPEC）の電解質よりも優れたイオン伝導度を示すことが分かった。この結果は、前年度までに得られているプロピレンオキシド(PO)系の共重合体P(PC-PO)における基礎知見にほぼ一致するものであり、エーテル含有量が30％付近に最適な共重合体の組成があることが推察される。ポリカーボネート側鎖構造の影響については、エチレンオキシド長が1から3のものを合成し、イオン伝導性との関連を明らかにすることができた。
一方、市販のポリエチレンカーボネート(PEC)を用いた高濃度LiTFSI電解質の広帯域誘電スペクトル測定からは、kHz以下の低周波側ではイオンの動きを反映する電極分極の大きな緩和が現れ、kHz以上の高周波側では高分子のセグメント運動に由来する誘電緩和が見られた。PECおよびポリエーテル電解質の誘電損失ピークの塩濃度依存性の比較からは、PEC電解質では2種類のピーク（セグメント運動に由来するα緩和、何らかの局所運動に由来するβ緩和）が観察された。塩濃度増加に伴い、α緩和のピークが増大し、高濃度で高周波側にシフトすることを初めて明らかにした。
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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
本年度は、前年度に引き続きカーボネート/エーテル比率（交互性）の異なる各種共重合体を合成し、イオン伝導度との関係を明らかにすることができた。さらに、エーテル含有量が30%程度においてイオン伝導に最適な共重合体組成であることを初めて示した。PEC電解質の高塩濃度におけるイオン伝導度の特異性を誘電緩和測定から詳細に解析した。一方で、各種共重合体のLiイオン輸率の測定は進んでいない。CO2/エポキシド共重合体型電解質の高いLiイオン輸率は、特殊なイオン溶存状態が関係していると考えられるため、今後は従来のポリエーテル型との相違点を明らかにする予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の本年度も、前年度と同様に基本的には当初の研究計画書に従って進めていく予定である。これまでに得られている様々な交互性のP(PC-PO)のイオン伝導挙動を詳しく解析するとともに、P(EC-PO)の合成を進め、イオン伝導に最適なカーボネート/エーテル比率を決定する。イオン伝導度は、初年度に購入し設置したインピーダンスアナライザーおよび既設のグローブボックスを用いた複素インピーダンス法によって測定する。Li金属を用いた二極式対称セルを作製し、複素インピーダンス法と直流分極法の併用による測定法からLiイオン輸率を決定する。熱分析測定については、前年度にDSCを購入しており、それを用いたガラス転移温度の測定、さらには既設のTG/DTAを用いた熱分解特性についても分析を進める。動的粘弾性測定については、既に前年度までに予備実験を前倒しで実施しており、今年度も引き続き同様の測定およびデータ解析を行っていく。研究が進んでいる誘電緩和測定については、前年度から既に詳細な検討を始めており、今年度も引き続き検討を行っていく予定である。さらに、今年度は連携研究者が保有するレーザーラマン分光光度計を利用し、得られる様々な共重合体中のイオン溶存状態を解析する。最終的に得られる共重合体は、汎用の正･負極活物質を用いた簡易ラミネート型セルの電池特性評価（充放電試験･サイクル特性など）に使用し、電解質材料として実用化へ向けた性能評価を行っていく。実際は、電極/電解質界面の状態変化や経時的安定性など、様々な問題点が出てくることも予想されるが、すでに予備実験でPEC型電解質の優れた室温充放電特性が得られており、本研究ではこの成果を基盤に具体的な評価を行っていく。
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| Causes of Carryover |
雇用している事務補佐員の欠勤が生じたため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度の超過勤務により解消する予定
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