電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素ナノシートの創出と全固体電池用正極材への応用

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05678
• 研究機関: 東京都市大学
• 研究代表者: 金澤 昭彦 東京都市大学, 理工学部, 教授 (80272714)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: リチウムイオン二次電池 / 全固体電池 / 硫黄正極 / 二硫化炭素 / ポリ硫化炭素 / 導電性レドックス / 電子-イオン混合伝導体

研究実績の概要

本研究は、汎用有機溶媒である二硫化炭素から誘導される炭素と硫黄が1:1の化学量論的組成からなるポリ硫化炭素を基幹材料として、それらの合成検討と物性評価をとおして硫黄(電池活物質)、カーボン(導電助剤)、Liイオン伝導体(固体電解質)などの複数の役割を併せもつ電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素を創出し、全固体電池用正極材としての潜在性能を検証することを目的とする。
これまでに、二硫化炭素の電気化学反応および光化学反応を基盤とするポリ硫化炭素を配位子とする有機金属高分子錯体の合成法を確立することができ、得られた化合物が非金属系ポリ硫化炭素よりも二桁高い電気伝導度を示すことがわかった。今年度は、金属錯体化ポリ硫化炭素の構造物性相関に関する検討をとおして、電子-イオン混合伝導性材料を実現することを目的とした。各種の分光学的測定により、金属錯体化ポリ硫化炭素は二次元で縮環した多環式の複素環共役π電子系を形成していることが明らかとなった。Liイオンを導入したポリ硫化炭素については、それらが示す高い電気伝導性はLiチオラートユニットからなる複素環π共役シートのスタッキングに基づくイオン伝導チャネル形成に起因することが示唆された。一連の研究により、金属錯体化ポリ硫化炭素は電子-イオン混合伝導性を有することが示された。また、ポリ硫化炭素のメソ多孔化は、合成条件を調節することによって達成できた。ポリ硫化炭素を基材とする特異的なモルフォロジーをもつメソ多孔質材料を得ることが可能となった。本研究で開発した電子-イオン混合伝導性ポリ硫化炭素メソ多孔体を用いたLiイオン全固体電池の充放電特性を予備的に評価した結果、ポリ硫化炭素が全固体電池用の正極材として活用できることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Biodegradable Crosslinked Chitosan Gel Microbeads with Controlled Size, Prepared by Membrane Emulsification-External Gelation and Their Application as Reusable Adsorption Materials (2022)
  • 著者名/発表者名: Kalidason Anchali、Saito Kaori、Nanbu Yuki、Sasaki Hideki、Ohsumi Rina、Kanazawa Akihiko、Kuroiwa Takashi
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 55 ページ: 61～70
  • DOI: 10.1252/jcej.21we061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biocompatible homogeneous particle formation via the self-complexation of chitosan with oleic acid and its application as an encapsulation material for a water-insoluble compound (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuroiwa Takashi、Kawauchi Yuto、Moriyoshi Ryutaro、Shino Hiroki、Suzuki Tatsuhito、Ichikawa Sosaku、Kobayashi Isao、Uemura Kunihiko、Kanazawa Akihiko
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 巻: 624 ページ: 126808～126808
  • DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.126808
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Stability of the Palm Oil-in-Water Emulsion via the Surface Modification of Droplets with a Chitosan-Casein Complex Layer (2021)
  • 著者名/発表者名: KUROIWA Takashi、OKUYAMA Yaeko、KANAZAWA Akihiko
  • 雑誌名: Japan Journal of Food Engineering 巻: 22 ページ: 105～115
  • DOI: 10.11301/jsfe.21598
  • 査読あり
• [備考] TCU RESEARCH DIRECTORY 2020
  • URL: https://www.tcu.ac.jp/research_directory/2020/data/HTML5/pc.html#/page/104