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2014 年度 実績報告書

原子分解能を有するHR-TEMによるカーボン及び金属複合体の充放電機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24710122
研究機関長崎大学

研究代表者

瓜田 幸幾  長崎大学, 工学研究科, 助教 (40567666)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードリチウムイオン二次電池 / 合金系電極材料 / 電子顕微鏡
研究実績の概要

本研究は蓄電デバイスの高性能化に向けて,充放電過程にある電極材料の状態をTEMで直接視覚的に捉えることで現象を解明し,理想的な電極構造を設計することを目的とした。ここでは,リチウムイオン二次電池の負極材であるグラファイト及びSi, Snとカーボンの複合電極材料をターゲットとした。グラファイトの充放電過程は,グラファイトへのLiイオンの挿入によるステージ構造変化を伴うが,構造相転移過程や積層数による電気化学特性の影響は十分な知見が得られていなかった。そこで,種々の層状粘土鉱物を鋳型にし,積層数が制御された薄層グラファイトの新規合成法の検討から行った。その中で,モンモリロナイトはグラファイト面内に構造欠陥が示唆されたが層構造を形成するのに有用であることが分かった。また,炭素源の割合を制御することで,平均積層数を10層以下(少ないもので5層)に制限することに成功した。今後はTEMによる構造相転移の観察へ進めていく。一方,合金系複合化材料のSnO2は,充放電に伴う体積変化が大きく活物質の微粉化,集電体からの剥離,放電時では固相間反応となるため,空間的な制約が性能向上に有用であると考えた。そこで,多孔性カーボン材料のナノ空間に優先的にSnO2ナノ粒子を担持法する手法の検討を行い,気相法により,担持量の制御,優先的な担持を達成した。また,電気化学測定を行った電極材料の構造評価より,カーボンナノ空間と空隙割合が充放電特性向上に大きく影響することが分かった。Si系においても,不活性雰囲気下での不均化反応によりSiナノ粒子を合成し,カーボンとの複合化を行うことで性能向上が確認出来たが,サイクル特性の向上には,さらに粒子サイズの微小化が必要であり他の手法を検討中である。同時に,TEMによるin-situ観察の準備を始めており今後さらに詳細な反応メカニズム解明へと発展させていく。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Charge-discharge Property of Si and SiOx Nanoparticles Produced in Regulated Carbon Nanospace2015

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Tabuchi, Tsuyoshi Nakamura, Koki Urita, Isamu Moriguchi
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 44 ページ: 23-25

    • DOI

      10.1246/cl.140862 Letter

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced electric double-layer capacitance by desolvation of lithium ions in confined nanospaces of microporous carbon2014

    • 著者名/発表者名
      Koki Urita, Nozomi Ide, Kosuke Isobe, Hiroshi Furukawa and Isamu Moriguchi
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 8 ページ: 3614-3619

    • DOI

      10.1021/nn500169k

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bashir Ahmmad, Atsushi Itadani, Yasushige Kuroda, Nanospace-enhanced ph2014

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Ohkubo, Mitsuhiro Ushio, Koki Urita, Isamu Moriguchi, Bashir Ahmmad, Atsushi Itadani, Yasushige Kuroda
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 421 ページ: 165-169

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2014.01.035

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced charge-discharge properties of SnO2 nanocrystallites in confined carbon nanospace2014

    • 著者名/発表者名
      Shinji Oro, Koki Urita, Isamu Moriguchi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 50 ページ: 7143-7146

    • DOI

      10.1039/C4CC02716G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Capacitive deionization concept based on suspension electrodes without ion exchange membranes2014

    • 著者名/発表者名
      Kelsey B Hatzell, Etsuro Iwama, Anais Ferris, Barbara Daffos, Koki Urita, Theodore Tzedakis, Fabien Chauvet, Pierre-Louis Taberna, Yury Gogotsi, Patrice Simon
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 43 ページ: 18-21

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2014.03.003

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ballistic and quantum conductor carbon nanotubes: a reference experiment put to the test2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kobylko, M. Kociak, Y. Sato, Koki Urita, A. M. Bonnot, A. Kasumov, Y. Kasumov, K. Suenaga, C. Colliex,
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 90 ページ: 195431-1-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.90.195431

    • 査読あり
  • [学会発表] EDLC特性を向上させる多孔性炭素電極のナノ空間構造2014

    • 著者名/発表者名
      瓜田幸幾,井手望水,磯部晃輔,藤田浩介,小西優子,吉田将之,森口勇
    • 学会等名
      第28回日本吸着学会研究発表会
    • 発表場所
      札幌市,北海道大学
    • 年月日
      2014-10-23 – 2014-10-24
  • [学会発表] 制約されたナノ空間のEDLC特性への影響2014

    • 著者名/発表者名
      瓜田幸幾,井手望水,磯部晃輔,小西優子,吉田将之,森口勇
    • 学会等名
      電気化学秋季大会
    • 発表場所
      札幌市,北海道大学
    • 年月日
      2014-09-27 – 2014-09-28
  • [学会発表] 電子顕微鏡を用いた多孔性カーボン材料の局所構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      瓜田幸幾
    • 学会等名
      日本セラミックス協会
    • 発表場所
      長崎市,ブルースカイホテル
    • 年月日
      2014-09-24 – 2014-09-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Advantage to specific carbon microporous structure for electric double-layer capacitance2014

    • 著者名/発表者名
      Koki Urita, Nozomi Ide, Kosuke, Isobe, Hiroshi Furukawa, Isamu Moriguchi
    • 学会等名
      65th Annual meeting of the international society of electrochemistry
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      2014-08-31 – 2014-09-05

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公開日: 2016-06-01  

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