研究課題
本研究では，カーボンナノ空間におけるコンバージョン反応や合金・脱合金化反応の反応過程を解明し，充放電機能向上に向けた構造最適化を図るとともに，有機電解液系Liイオン電池のみならず全固体電池電極材料としての可能性や特長の解明を目指している。活物質/ナノ多孔カーボン複合体の合成に関しては，今年度は活物質としてスズ系化合物以外にリンや金属スズ等の担持についても検討を広げ，X線回折，元素分析，熱重量分析，ガス吸着等温線測定による比表面積や細孔分布分析，透過型電子顕微鏡観察の各種分析・評価を通して，カーボンナノ細孔内へ各活物質を析出できることを確認した。リン/ナノ多孔カーボン複合体では，Na塩有機電解液系においてもサイクリックボルタンメトリーおよび定電流充放電測定を行い，カーボンナノ細孔内へのリン担持によるサイクル安定性の向上を明らかにし，Naイオン電池電極材料としての可能性を見出した。一方，酸化スズ/ナノ多孔カーボン複合体系については，硫化物系固体電解質を用いた全固体電池電極としての充放電特性について，ナノ複合構造との相関性を詳細に調べた。カーボンナノ細孔内への酸化スズ担持量の増加とともに活物質当たりの充放電容量が増加する，すなわち酸化スズの利用率が向上することがわかった。しかし，酸化スズ担持量がLiイオンとの反応に伴う体積膨張に見合う細孔空間体積を越えるとむしろ容量は低下した。担持量等を制御した複合体構造の最適化により，サイクル安定性に優れ，高容量で，かつレート特性に優れた充放電特性を発現できることを明らかにした。
1: 当初の計画以上に進展している
活物質/ナノ多孔カーボン複合体の合成に関しては予定通り行われているが，一部の複合体については，本課題研究期間の後半で予定していた全固体電池電極材料としての充放電特性の評価から構造最適化まで進行しており，当初計画の予定以上に研究が進展している。
各種活物質/ナノ多孔カーボン複合体について，インピーダンス測定等による反応抵抗評価や電子顕微鏡観察，EELS分析等を通して電極および複合体中のLiイオンの拡散過程を明らかにし，構造との相関性を解明する。さらに，有機電解液系と全固体電池系での比較を行い，カーボンナノ空間を活用した電極材料のそれぞれの系における特徴を明らかにする。また，全固体電池ハーフセルにおいて，活物質/ナノ多孔カーボン複合体と固体電解質の混合系からなる電極組成や拘束圧等条件の最適化を図り，これらの結果を電極設計やセル設計にフィードバックして充放電特性の向上に繋げる。
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