2015 Fiscal Year Annual Research Report
活物質/カーボンナノ複合構造の精密制御と充放電機能の向上
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25288110
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
森口 勇 長崎大学, 工学研究科, 教授 (40210158)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
瓜田 幸幾 長崎大学, 工学研究科, 助教 (40567666)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ナノ多孔カーボン / ナノ結晶 / ナノ複合体 / Liイオン二次電池 / シリケート化合物 / シリコン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，カーボンナノ多孔体とナノ活物質の複合構造の精密な制御を通した充放電機能の向上，また，これまで未解明であったナノ細孔空間での電解液構造の特異性や活物質のナノサイズ化に伴うLi挿入脱離特性の特異性を明らかにすることを目指した。これまでの研究において，ミクロ多孔カーボン細孔内での電解質イオンの脱溶媒和が電気二重層容量の向上の要因であることを証明し，また，多孔カーボン細孔内でのSiナノ結晶のin situ合成やLi2MnSiO4(LMS)ナノ結晶・カーボンナノ複合体の新規合成による充放電特性の向上に成功している。平成27年度は，上記ナノ複合材料のさらなる機能向上ならびに構造と機能の相関性解明を行った。
LMSナノ結晶・カーボンナノ複合体において，組成式当たり1つ以上のLiイオンの反応に相当する高容量発現に成功しているが，同材料にCrやBをドーピングすることにより，さらに高容量化やサイクル安定性の向上が可能であることを見出した。また，インピーダンス測定を行い，ナノ結晶化やカーボンナノチューブ複合，CrやBのドーピングにより，充放電に伴う反応抵抗がLMSバルク結晶より大幅に減少することを突き止めた。さらに，バルク結晶では充放電に伴い結晶がアモルファス化するのに対し，ナノ結晶・カーボンナノチューブ複合系では，充放電を繰り返しても結晶構造がある程度維持されていることを突き止め，これらがナノ複合材料の高容量化やサイクル安定性の向上に繋がっていることを明らかにした。
一方，Si・多孔カーボンナノ複合体については，Si析出量や細孔体積などを系統的に変化させた種々のナノ複合材料を合成することを可能にし，Si－Liの合金・脱合金化反応に伴う体積変化に必要なバッファ空間をカーボン細孔内に確保することや，ナノSi結晶が高分散状態でカーボンナノ空間内に担持されることが必要であることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
27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 |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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