| 研究課題/領域番号 |
16H06368
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
野田 優 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50312997)
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| 研究分担者 |
門間 聰之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (10277840)
山田 裕貴 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (30598488)
獨古 薫 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70438117)
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| 研究期間 (年度) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| キーワード | 材料プロセス / 二次電池 / カーボンナノチューブ / 三次元界面 / 高速・高収率合成 |
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| 研究実績の概要 |
コロナ禍による大学への入構制限を受け、一部予算を2021年度に繰り越し、2020~2021年度にかけて研究開発を実施した。2019年度までに開発した多硫化リチウム(Li2Sx)-CNTスポンジ正極と薄い金属Li箔負極を用い、電解液量の削減や電池性能の正確な評価を推進した。Li2Sx-CNT正極は、低温で乾燥しLi2Sxが溶媒和した状態に保つことで、少量の電解液でも電極になじみLi2Sxの高利用率を実現できた。電池内容物（正極、負極、セパレータ、電解液）の全質量基準で初期容量400~500 Wh/kg-セル、100サイクル時で300 Wh/kg-セルの高エネルギー密度を達成した。提案段階では部材基準の容量(Ah/g-活物質)を目標としたが、その先の電池基準の性能の成果である。さらに新しい電池設計の概念を提唱した。硫黄正極ではLi2Sxの電解液への溶出を防ぐ固体活物質と、Li2Sxを電解液に完全に溶解させて利用する液体活物質の二つのアプローチがあるが、前者はLi2Sxの活性・利用率の低下に、後者は溶媒量の増大に苦戦している。本成果は固体Li2Sxを電解液に溶解させつつ全量を使い切る「半溶解性活物質」という新しい設計思想となる。この際、負極LiとLi2Sxの反応抑制が鍵となる。従来、フッ化物系電解質にLiNO3添加剤を加えるアプローチが取られてきたが、両者とも塩であり、前者はLiのサイクルを安定化するLiF系の固体電解質界面相(SEI)を、後者はLiとLi2Sxとの反応を抑制する酸化物系のSEIを形成する添加剤でもある。イオン電導と負極安定化を両立するよう両者を適切に配合すればよい。さらに両者とも大気中で安定である。CNTスポンジ膜に大気中で両者を担持、ドライ環境下でLi2Sxを担持、正極|セパレータ|負極を積層して溶媒を注入するという簡単なプロセスで高性能電池を完成できた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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