2022 Fiscal Year Annual Research Report
三次元規則配列多孔構造ポリイミドセパレータを用いた不燃性リチウム金属電池の開発
| Project/Area Number |
21J21182
|
|---|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
|---|
Principal Investigator |
新堀 雄麻 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-28 – 2024-03-31
|
| Keywords | リチウム金属二次電池 / リチウム金属負極 / セパレーター / イオン液体 / イオンゲル |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題はリチウム金属負極―酸化物系固体電解質間に短絡防止層を導入することでリチウム金属二次電池のサイクル安定性の向上を図るものである。
短絡防止層には当研究グループが開発を行ってきた三次元多孔構造ポリイミド（3DOM PI）を用いた。この3DOM PIは内部に三次元的で均一なマクロ孔を有することから、均一なイオン伝導パスの形成および負極表面上に均一なリチウム金属の析出が期待できる。また3DOM PIセパレータ内に充填する電解質として不燃性かつ流動性がないイオンゲルを用いた。
昨年度までは、3DOM PI中にイオン液体電解液を含侵させた状態で短絡防止層として有用であることを評価し、短絡防止層としての効果が十分に期待できることを明らかにした。本年度では3DO PIセパレータ内にイオン液体電解液とポリマーと複合化させたイオンゲルの導入を試みた。しかしながらイオンゲルの状態ではセパレータ内に含侵することが極めて困難であるため、イオンゲルの前駆体溶液をセパレータ内でゲル化する事を試みた。セパレータ内でのゲル化をするために、イオンゲルのポリマーにはポリメタクリル酸メチルを選択した。ビニルモノマーのラジカル重合は温度で制御が可能なため、予めイオンゲル前駆体を調製した後セパレータ内に充填、熱を加えることでセパレータ内での重合を行った。実際に3DOM PI内でのイオン液体のゲル化は成功し、複合膜が作製できた。複合膜によるリチウム対称セルによる溶解析出試験を行ったところ、イオンゲルゲルの自立膜と比較して大幅なサイクル特性の向上が見られた。現在も試験は継続中である。これより、3DOM PI・イオンゲル複合膜は短絡抑制効果があることが判明した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画としては、初年度は3DOM PIの短絡防止層としての有用性の確認およびイオン液体のゲル化、次年度は固体電解質への短絡防止層導入、最終年度でラミネートセルによるより精密な評価を行う予定であった。しかしながら最終年度で行う予定であったラミネートセルによる評価方法を初年度で行い始めた。そのため、初年度と次年度の予定を繰り下げて行っている。実際に今年度は3DOM PIの短絡防止層としての有用性の確認およびイオン液体のゲル化を行った。そのため本年度の研究内容としては初年度に行う予定であったものである。しかしながら順序を変更しただけであるので、全体の研究進捗としてはおおむね順調である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度は3DOM PI・イオンゲル複合膜の作製を行い、リチウム溶解析出評価を行った。実際に短絡抑制効果は確認できたものの試験は継続中であり、次年度はこれらの調査結果をまとめることから始める。その後は実際0リチウム金属―固体電解質間に短絡防止層を導入し、短絡防止層―酸化物系固体電解質界面の調査を行う。具体的には3DOM PI・イオンゲル複合膜と酸化物系固体電解質との化学的安定性や界面形成の確認を行う。さらにリチウム溶解析出試験による実際に短絡抑制効果を確認した後、実際に正極材料を使用するフルセル評価を行う計画である。
|
Research Products
(5 results)
