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負極集電体の結晶方位に着目した金属リチウム負極のデンドライト抑制

Research Project

Project/Area Number 18J15378
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Crystal engineering
Research InstitutionNagoya University
Research Fellow 石川 晃平  名古屋大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords二次電池 / 負極 / 金属リチウム負極 / デンドライト成長 / 結晶成長
Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究では、多結晶および単結晶銅集電体を用い、金属リチウム負極の析出形状とそのサイクル特性が、集電体の結晶方位の影響をどのように受けるかを調べた。その結果、金属Li負極の析出形状はCuの結晶粒の方位によって大きく変化し、Cu(111), Cu(101), Cu(001)のような低指数では均一、高指数面では不均一となることが明らかとなった。この結果より、金属リチウム負極のサイクル特性向上には、Cu(111)単結晶銅集電体が最も高い効果を示すことが予想される。このような考えをもとに、二次電池として用いる場合と同様に定電流充放電実験を行い、そのサイクル特性、および電圧ヒステリシスを調査した。Cu(111), (101), (001)単結晶集電体を負極集電体として用い、電流密度0.5 mA/cm2, 充放電量0.5, 1.0, 2.0 mAh/cm2 の条件でそれぞれ20 サイクル定電流充放電を行った。充放電時の電圧変化を解析した結果、その過電圧に大きな方位依存性が観察され、Cu(101)で最も過電圧が高く、Cu(111)で最も低くなることが明らかとなった。この結果より、これまでの研究で得られた界面抵抗の方位依存性は、定電流充放電時にも存在することが明らかとなった。この結果は、これまでに得られているCu集電体の結晶方位と界面抵抗の関係と一致している。この結果は、負極集電体の結晶方位が定電流充放電における金属Liの析出・溶解過電圧に影響を及ぼすことを示しており、金属Li負極のサイクル特性を議論する場合は、電解液や添加物の種類だけでなく、負極集電体の結晶方位を考慮する必要があることを示している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Effect of Crystal Orientation of Cu Current Collectors on Cycling Stability of Li Metal Anodes2020

    • Author(s)
      Ishikawa Kohei、Harada Shunta、Tagawa Miho、Ujihara Toru
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 12 Pages: 9341-9346

    • DOI

      10.1021/acsami.9b22157

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The relationships between crystal orientation and morphology of electrode from a perspective of crystal growth2019

    • Author(s)
      石川 晃平, 三橋 貴仁, 伊藤 靖仁, 竹内 幸久, 原田 俊太, 田川 美穂, 宇治原 徹
    • Journal Title

      JJACG

      Volume: 46 Issue: 1 Pages: 1-6

    • DOI

      10.19009/jjacg.46-1-08

    • NAID

      130007638790

    • ISSN
      0385-6275, 2187-8366
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Relationship between crystal orientation of Cu collectors and cycling stability of Li metal anodes2019

    • Author(s)
      Kohei Ishikawa
    • Organizer
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability (ICMaSS 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属Li負極における単結晶Cu集電体の結晶方位とサイクル特性の関係2018

    • Author(s)
      石川 晃平
    • Organizer
      第59回電池討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 結晶学的見地による電極の結晶方位と析出状態の相関解明2018

    • Author(s)
      石川 晃平
    • Organizer
      第47回結晶成長国内会議
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] The influence of crystal orientation of Cu on the morphology of Li metal anodes2018

    • Author(s)
      石川 晃平
    • Organizer
      International Symposium & School on Crystal Growth Fundamentals
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Crystal Orientation of Cu Current Collectors on Cycling Stability of Li Metal Anodes2018

    • Author(s)
      石川 晃平
    • Organizer
      AIMES2018 (ECS and SMEQ Joint International Meeting)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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