電極インク内対流制御による高容量化リチウムイオン二次電池炭素負極構造の開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630441
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 井上 元 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40336003)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河瀬 元明 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60231271)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 熱工学 / マイクロ・ナノデバイス / 構造機能材料

Research Abstract

次世代エネルギー社会構築のために更なる高容量化が望まれるリチウムイオン二次電池において，多孔質電極部の厚肉化が重要である．厚肉化は集電箔などの周辺材料の削減につながり，多く取り組まれているが，厚み方向のイオンおよび電子輸送の抵抗増大が原因となり，非常に困難である．本研究では多孔質電極の塗工乾燥プロセスを対象に，反応種であるイオンの輸送性能向上に寄与する構造を，乾燥工程における電極スラリー内部の対流制御により自発的に形成する手法を開発する．初年度は電極インクのベナールマランゴニ対流現象をスポット発生させ厚み方向のマクロなイオン伝導経路を形成させるために，
断熱材である厚み2mm程度のシリコンラバーシート内に直径約100μmのSUSワイヤーを垂直配向させた分散型ドット加熱シートを用い，ホットプレートと集電箔の間に配置して乾燥させ，電極層を作製した．スラリー調整条件と塗布乾燥条件を適切に設定することで電極粒子の偏析が顕著となり，対流効果を利用したマクロな空隙形成が可能であることを確認した．また別途多孔質電極合剤の３次元空間構造評価と有効イオン伝導度の予測，それとインピーダンス測定によるイオン伝導度の評価と解析との比較に関して，一連の技術を確立した．その他電極スラリー調整やセル作製に関して必要機器の導入を進めた．以上より各条件に応じた最適な多孔質電極のに関して指針提案を行うことが可能となった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の最も重要な技術であるドットシート加熱法に関して，インク条件や塗布乾燥条件に関して試行錯誤を続け，マクロ空隙を形成する条件を詰めることができた．

Strategy for Future Research Activity

初年度で作製できた電極層をセルに組み込み、そのセル性能を評価する。