2023 Fiscal Year Research-status Report
電子活性部位を有する新規硫黄共重合体の創製に基づいた高性能硫黄二次電池の開発
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19K22222
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
吉川 浩史 関西学院大学, 工学部, 教授 (60397453)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷藤 尚貴 米子工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80423549)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2025-03-31
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| Keywords | 硫黄共重合体 / 二次電池 / 正極材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウム硫黄（Li-S）電池は、その理論容量が従来のリチウムイオン電池の約10倍（約1670 mAh/g）であり、硫黄が安価な材料であることから、次世代二次電池の正極材料として期待されている。しかし、電気化学反応における硫黄の電解質溶液への溶出により、サイクル安定性が低いという問題がある。本研究課題では、この問題を解決するため、電気化学反応による硫黄の溶出が抑制される材料の創製と電極特性の検討研究を行った。今年度は、硫黄と様々なアルコールからなる複合体（SAC）の作製を行った。
具体的には、炭素鎖長や級数の異なるアルコールと硫黄を重量比1:5で混合し、窒素雰囲気下、400 ℃で2 時間還流を行った。その後、未反応の硫黄を除くため、窒素雰囲気下300 ℃で加熱した。得られたSACを 30 wt%、トーカブラックを50 wt%、PVDF を20 wt%とする合材電極を作製し、Al 箔に塗工し、薄膜正極を作製した。これを用いて、LiTFSI、LiNO3、DOL、DME からなる電解液、カーボンコートセパレーター、およびLi 箔負極から成るLi-S電池を作成し、その電池特性を計測した。
その結果、各種SACを正極とするLi-S電池の放電容量のサイクル特性が得られ、それより、1-オクタノールと硫黄から作製したSACの電池特性が良好であり、電流密度200mAh/gで初期容量は約1660mAh/g、100サイクル後でも約800mAh/gを維持した。また、級数を変えたヘキサノールを用いたSACでは第2級が最も良好で、1-オクタノールと同等の電池特性を示した。これらより、炭素鎖長とOH基の位置が電池特性に影響することが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題は、有機小分子により、硫黄を固定化し、電気化学反応による硫黄の溶出を抑えて、リチウム硫黄電池を高性能化することを目的としている。現在、小分子であるアルコールを用いて、ある程度、その高性能化には成功していると言うことができる。よって、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後であるが、なぜ、アルコールと硫黄を反応させた材料にて、高性能化が実現できるのかが分かっておらず、その機構解明を行う必要があると考えている。例えば、SのX線吸収分光などを行うことで、その詳細に迫り、より高性能な硫黄共重合材料の創製へとつなげる予定である。
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| Causes of Carryover |
研究は概ね順調に進展しているが、材料合成などの面でコロナ禍の影響もあり、十分に進められなかった。また、学会や研究測定出張などもあまり実施できなかった。そのために、次年度使用額が生じた。今後は、材料合成などの消耗品への使用と機能解明のための測定出張に本経費を利用したいと考えている。
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