2015 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブ複合めっき法を活用した新規リチウムイオン電池負極構造の構築
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26289270
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
新井 進 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (20313835)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 義之 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (20456495)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 銅めっき / 複合めっき / スズめっき / リチウムイオン電池 / 負極 / 充放電特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は平成26年度までに得られた結果を基に検討を行った。研究概要は以下のとおり。
①Cu/CNT複合めっき膜への電気めっき法によるスズ層の形成（新規負極構造の構築）についてはピロリン酸浴を用いたCu/CNT複合めっき膜上へのスズめっき膜の形成を検討した。有機添加剤の有無によりスズの析出形態に大きな違いが確認され、有機添加剤が無い場合、スズは凹凸の大きな形態として析出していたが、CNT表面へのスズの析出は見られなかった。一方、有機添加剤有りの場合、比較的平滑なスズ析出が確認されたが、CNT表面上にもスズの析出が見られた。有機添加剤としてはトリメチルステアリルアンモニウムクロリド（TMSAC）を添加した場合、比較的平滑で、CNT表面上へのスズの析出の少ないスズ層をCu/CNT複合めっき膜上に形成できた。②新規負極構造の充放電特性評価では、CNTが存在しない場合（下地に銅めっき膜を用いた場合）よりもCNTを界面に存在させた構造（下地にCu/CNT複合めっき膜を用いた場合）の方がサイクル特性が向上した。また、有機添加剤無しのスズ浴を用いて構築した負極構造よりも、有機添加剤有りのスズ浴を用いて構築した負極構造の方が、高い容量を示した。③CNTへのリチウム挿入脱離反応の最適化および解析では、シート状ナノカーボンの表面化学修飾およびXRD測定による精密構造解析を行い、大きなグラフェン層間距離を有する材料ではリチウム挿入反応における過電圧が低く、高速なリチウムの挿入脱離反応が進行することを明らかにした。また、電気めっき法を用いた簡単な方法で、三次元構造を有するCu/CNT複合めっき膜が形成可能であることを見出した。三次元構造は充放電特性を向上させるために有効であり、今後、本複合めっき膜に電析スズ層を形成した負極構造も構築し、その充放電特性を検討していく。
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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
多層CNTを用いたCu/CNT複合めっきでは直径の異なるCNTを複合させたCu/CNT複合めっき膜を作製する技術を開発した。特に10-20 nmの直径の細いCNTを用いたCu/CNT複合めっきでは、亜酸化銅を形成させずに比較的多くのCNTを均一に複合させるためのめっき浴への添加剤を見出すことができた。単層CNTを用いたCu/CNT複合めっきでは、電気めっき法と無電解めっき法の双方で複合めっき膜の作製が可能となり、無電解めっき法による研究成果を論文投稿した（H28度に掲載決定）。また、Cu/CNT複合めっき膜へのスズめっき条件について多くの知見が得られ、作製したスズ系負極構造の充放電特性評価も行った。さらにシート状ナノカーボンを多層CNTに見立て、シート状ナノカーボンへのリチウムイオンの層間挿入についての知見を得た。加えて、当初は予期していなかったが、三次元構造を有する銅析出膜にCNTを複合させた構造を創製できることも見い出せた。また、三次元構造を有する銅析出膜に均一な厚さでスズめっき膜を形成できることも明らかにした。スズ合金めっき膜を用いた検討については次年度の検討課題とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、構築した負極構造の微細構造と充放電特性との相関性を明らかにしていく。CNTのサイズ・種類の影響や電析スズ層の形態が充放電特性に与える影響を調査する。また、熱処理による影響も検討する。さらに、新たに構築できた三次元構造を有するCu/CNT複合めっき膜へのスズめっき技術の構築および得られた負極構造の充放電特性評価も行う。充放電挙動評価については、サイクリックボルタンメトリーに加えて、交流インピーダンス法を用いた評価を実施し、CNTの有無によるスズ層へのリチウムイオン合金化挙動の違いも明らかにする。これらの研究成果をまとめて、関連学協会の講演大会に口頭・ポスター発表するとともに、インパクトファクターの大会学会誌へ論文投稿する。
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