2013 Fiscal Year Research-status Report
単層ナノシート合成技術を応用したリチウムイオン二次電池正極活物質の創製
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25630316
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
下位 法弘 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (40624002)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 泰光 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (50624003)
高橋 英志 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (90312652)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | リチウムイオン二次電池 / 正極活物質 / チタニア多層膜 / 高分子ポリマー / 金属イオン挿入 |
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| Research Abstract |
リチウムイオン二次電池用途として、金属酸化物もしくはグラフェン構造を応用した、任意に容量を制御しうる多層膜構造型高容量正極活物質の合成が本研究の目的になる。
本研究では、我々の研究開発において合成実績がある酸化チタン化合物の液相合成手法により、金属酸化物型多層膜の構造構築を試行している。当該多層膜合成物を高分子ポリマーの液相によるインターカレートで層間を任意に広げ、リチウムイオンが容易に出入りすることの出来る多層型リチウムイオン格納容器の構築を検討している。
平成２４年度は酸化チタン多層膜の合成を検討しており、２０層程度の多層構造を有する酸化チタン膜の合成に成功した。ただし、本研究では液相による合成を試みているが液相の合成環境（液相のｐＨ、酸化チタン合成種（錯体化合物）、温度、合成基板の素材等）による酸化チタン合成物の構造の変性が顕著であり、安定した合成プロセスを確立できていないのが現状である。本プロセスは、液相中に合成した多層膜の取り扱いを簡易にするため、そのまま液中で層間制御のための高分子ポリマーの合成を試みる予定である。
多層膜の合成から始まり、合成多層膜への高分子ポリマー挿入、更に層間距離を制御した多層膜へのリチウムイオンの挿入に至るプロセスを同質の液相中で行う技術を確立し、酸化物の構造に依存しない任意に容量（＝リチウムイオンの数）を制御できる構造物の合成技術を確立していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
金属酸化物多層構造の構築に酸化チタンによる合成を試みている。Si基板上への酸化チタン構造の多層構造を持つ液相による合成は成功しているが、成膜条件（液相の温度・ｐH・合成時間・基板の結晶性等）により生成される多層膜の構造が敏感に変性してしまい、安定した多層膜生成プロセスを構築しきれていない。
上述プロセスの安定生成条件の確立は、多層膜間に挿入する高分子系ポリマーの合成環境に影響を及ぼすため必達課題になる。
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| Strategy for Future Research Activity |
任意にリチウムイオンを充填しうる多層膜構造を構築すべく、液相で合成した酸化チタン多層膜の層間に高分子ポリマーを挿入する技術を構築する。その際、シリコン基板上に構築された酸化チタン多層膜について、同じ液相中で高分子ポリマーを挿入する環境を構築するべく本研究では酸化チタン多層膜の合成条件の最適化を行いつつ、高分子ポリマーを同質の液相中で合成するプロセス条件を確立していく。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当該年度で計画されていた実験のうち、酸化チタンにリチウムイオンを挿入する実験が来年度に繰り越しになり、その際に使用予定であった試薬類の購入も併せて繰り越したため。
各層間の距離を高分子ポリマーで任意に制御した酸化チタン多層膜を液相合成し、その層間にリチウムイオンを挿入する実験を行う。その際、対極に金属リチウムを使用し、かつリチウムイオンを添加した電解液（lithiumhexafluorophosphate (LiPF6) ）中で電気化学反応でリチウムを挿入していく。
当該両極間に任意に電位を印加してリチウムイオンを挿入するために、リチウムが酸化チタン層外で析出しないよう電解液中の溶媒組成を制御する必要があり、そのための試薬を購入していく。
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