単粒子計測技術を用いた多孔質電極の速度論的解析と設計

研究課題

研究課題/領域番号	18H02075
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関	東京都立大学
研究代表者	棟方裕一東京都立大学, 都市環境科学研究科, 助教 (00457821)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス	完了 (2020年度)
配分額 *注記	12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円) 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円) 2019年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円) 2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
キーワード	蓄電池 / 単粒子評価 / 応力測定 / 電極設計 / 電池 / 活物質粒子 / 計測技術
研究成果の概要	エネルギー密度と出力密度に優れ、かつ高い安全性を有する次世代二次電池の実現には、これまでの平衡論を主体とした検討に速度論的な議論を加えた高精度な電極設計が求められる。本研究では、電極の劣化に関係する重要な速度論的パラメータである充放電に伴う電極活物質粒子の膨張収縮および発生応力を明らかにすることを目的とし、それらを正確に評価するための単粒子計測システムの開発に取り組んだ。計算機シミュレーションを駆使しながら集電プローブの設計試作を進め、各パラメータを高感度かつ高い応答性で評価することに成功した。また、電極活物質の特性をより簡便に評価するために、マイクロキャビティ集電体を用いた手法も確立した。
研究成果の学術的意義や社会的意義	電極活物質の体積変化とそれに伴う発生応力は電池の劣化を招く大きな要因である。これらの正確な評価が可能になったことで、より長寿命で安全な電池の設計が可能になる。本成果はリチウム二次電池に限らず、他の電池系の電極設計にも展開できることから、電池開発における幅広い波及効果が期待される。