透過電子顕微鏡その場観察による安全性の高い２次電池用リチウム系負極の開発

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02618
• 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29020:薄膜および表面界面物性関連
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 種村 眞幸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30236715)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: ２次電池 / 負極 / リチウム / 透過電子顕微鏡 / その場観察

研究成果の概要

透過電子顕微鏡（TEM）その場観察により得られる２次電池充放電時のLiおよび電極材料の原子レベルでの挙動解析の知見を基に、安全性が高くハンドリングが容易で高性能なLi系負極の開発を行った。
イオンビーム照射手法を用い、金属Liが母材炭素中に分散するLi-Cナノ複合材膜の室温合成を行った。本Li-C複合材は、グローブボックスなどの特段の環境を必要とせず大気中での安定な取り扱いが可能であり、金属Li状態が保持された。本材料の半電池特性及びグラフェン電極とのナノ電池構成を用いたTEM観察の結果、内臓金属Liは電気化学過程に十分寄与し、電極活物質として有望であることが格子像観察からも明らかにされた。

自由記述の分野

ナノ材料の合成と評価

研究成果の学術的意義や社会的意義

低炭素社会の実現は焦眉の急であり、また近年多発する自然災害時のライフラインの確保の観点からも、現在よりもさらに高容量、高エネルギー密度で、かつ安全性が高く低価格な二次電池開発は急務である。負極材料に金属Liを用いることができれば、その先の究極の二次電池とも称されるLi空気電池への展開も可能となる。他方、金属Liは水と反応すると激しく燃焼するなど保管、取り扱いに難を有する。本研究で開発された金属Li含有Cナノ複合材は、その保管、取り扱いにグローブボックス等の特段の環境を必要としないことから実用上重要である。学術的にも全固体電池の充放電その場TEM観察技術の確立に道を拓いている点で極めて意義深い。