| 研究課題/領域番号 |
16560618
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
構造・機能材料
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| 研究機関 | 長崎総合科学大学 |
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研究代表者 |
藤井 光廣 長崎総合科学大学, 工学部, 教授 (90086455)
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| 研究分担者 |
山邊 時雄 長崎総合科学大学, 工学研究科, 教授 (80025965)
加藤 貴 長崎総合科学大学, 新技術創成研究所, 助手 (10399214)
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| 研究期間 (年度) |
2004 – 2005
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| キーワード | 多縮合環芳香族炭化水素 / PAH / ポリフェン系有機半導体 / PPhS / ハイドログラフェン / 炭素材料 / リチウムイオン二次電池 / 細孔分布 |
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| 研究概要 |
本研究では、キシレン樹脂から得られるPPhS(ポリフェン系有機半導体)やある種のピッチから得られるPAH(多縮合環芳香族炭化水素)など、いわゆるハイドログラフェンのナノ構造につき複数のモデルを構築し、体系的に理論計算を実施してリチウムと有効に相互作用しうる材料設計を行った。その結果、例えばPAHとリチウム原子との相互作用は、イオン性のほか共有結合性をも帯び、PAHの種類やリチウムの束縛位置の違いにより、炭素骨格の平面性が大きく失われることを見出した。
理論計算により得られた材料設計に基づき、ハイドログラフェンの合成装置を用いて、PPhSとPAHを合成した。合成温度は550℃〜750℃である。得られたPPhSおよびPAH材料の微細構造の解析を実施した結果、例えば650℃で合成したPAHとPPhSはカーボンの(002)面が平均して8枚および2.5枚積層した結晶子が集合したアモルファス構造であることが明らかになった。また、PPhSとPAHのBET比表面積は合成温度の違いにより、PPhSで460m^2/g〜590m^2/g、PAHで140m^2/g〜170m^2/gであった。また、両材料とも2nm以下のミクロ孔を高容積保持していることが分かった。
合成されたPPhSとPAHを負極活物質として用いたリチウムイオンニ次電池を試作し、それらの充放電特性を測定した。試作にあたっては電解液、導電材、バインダー、セパレーター、集電体などの電池部材や作製プロセスについて詳細に検討と改善を重ねた上で電池セルとして組み上げた。試作したリチウムイオン二次電池の初期充電容量と放電容量は、負極活物質1gあたり、650℃で合成したPARで850mAh/g及び520mAh/g、750℃で生成したPPhSで650mAh/g及び350mAh/gの高容量のものが得られた。
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