2015 Fiscal Year Annual Research Report
機能性有機硫黄化合物の新規合成による高容量正極活物質材料の作製
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26288091
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| Research Institution | Yonago National College of Technology |
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Principal Investigator |
谷藤 尚貴 米子工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80423549)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 浩史 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (60397453)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 正極活物質 / リチウム二次電池 / ジスルフィド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次電池材料の正極活物質として高容量か期待できる含ジスルフィド結合有機材料の問題点である，繰り返し耐久性改善のアプローチとして，一定量の充電で活物質の物性が変わり，抵抗値が上がるロック現象を誘起する有機基の探索と，有機材料へ導電性を付与するために添加する導電性炭素との相互作用の検討を行った．前者について，昨年度は1,3,5位にメチルジチオ基を有するベンゼンと単体硫黄を加熱混合すると，500mAh/kg程度で充電時のロックが生じる活物質となったが，今年度は単体硫黄と加熱混合する，メチルジスルフィド誘導体について複数の候補を検討し，活物質を作製した後に充放電評価を行った結果，メタ（1,3-）位にメチルジチオ基を有するジスルフィドを用いた加硫生成物において，充電時にロックを示すことが明らかとなった．この結果は，昨年の結果と共通の構造が存在しており，今後本研究で追求する有機硫黄系正極活物質の安定性向上において有用な発見が得られた．後者については，正極材料作製時に有機活物質と混合する導電性炭素について，CNTまたはCNHと有機物の固相混合特性を，カーボンブラックを用いた際の挙動を粉末X線回折で比較した結果，CNT，CNHと結晶性の有機物を混合した際に，結晶性が速やかに消失することが確認され，この炭素材料が溶媒無しでも有機物の吸着，再構成を誘導する素材であることを明らかにした．最終年度は，26，27年度の知見を活用して，現状で最も実用に向けて適した有機活物質の構造を提案していく予定である．
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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
有機系活物質の中では良好な500mAh/kg以上の容量を示し，かつ他の有機系活物質に比べて抵抗が小さい状態で充電が進み，一定量で抵抗値が増大するロック現象が材料の特性のみで誘起する系を確立できている点において成果の先進性は示せている．また，来年度内には本課題の成果を実用的な高容量型電池の実現例として示すことが出来る段階にまで進展させている点において，研究推進状況は順調であると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の改善項目として，容量を上げるためには活物質中の硫黄含量を上げる必要があり，ロック現象に寄与する有機成分に比率を加硫時にどれだけ減らせるかの検討を行うことで，最適条件は明らかとなる．二次電池として動作させる際の安定性向上のためには，活物質と導電性炭素との相互作用強化が必要であり，これは次年度の活物質/CNTまたはCNH系の正極における電池特性評価で明らかにする．
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| Causes of Carryover |
H27年度において，有機材料合成実験や電池評価実験における操作が確立することによって，実施作業の低コスト化が実現できた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度は当初の申請額に近い計画によって本課題の研究は推進可能となり，有機材料の構造最適化と正極材料中の炭素材料との相互作用の最適化に関する電池特性評価の十件数増による，より良い研究成果を最終年度にまとめ上げていく予定である．
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