权益分类	功能权益	普通用户	{{item.name}}会员
{{category.name}}	{{benefitItem.name}}

広い充放電電圧範囲を有する超高エネルギー密度Liイオンキャパシタの開発

开发宽充放电电压范围超高能量密度锂离子电容器

基本信息

批准号：
21J15515
负责人：
江口卓弥
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Akita University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15515/
关键词：
Liイオンキャパシタエネルギー密度

项目摘要

本研究では正極の活物質に高比表面積活性炭、負極の活物質にSiを用いた超高エネルギー密度のLiイオンキャパシタを開発した。充放電電圧範囲の拡大と正負極の活物質質量比の増加により、Si負極の未利用容量を最小化し、Liイオンキャパシタのエネルギー密度を最大化した。1.0-4.3V充放電電圧範囲で正負極の活物質質量比を高く設計することで、Liイオンキャパシタは最大400Wh/kg（両電極の活物質質量で換算）のエネルギー密度に到達した。また、出力密度6kW/kgで200Wh/kgを維持しており、優れたレート特性を示した。しかし、サイクル安定性は低く、1000サイクル後にLiイオンキャパシタのエネルギー密度は79.9%減少することを確認した。このサイクル性能は、負極の使用可能容量を抑制することで改善された。具体的には、充放電電圧範囲と活物質の質量比を小さくすることで安定したサイクル性能が得られた。低いエネルギー密度（～180Wh/kg）を受け入れた場合、2000サイクル後に～1kW/kgの高出力密度でエネルギー密度は88.6％が保持することができた。正極の活物質に高比表面積活性炭、負極の活物質にSiを採用したLiイオンキャパシタは高エネルギー密度と高出力密度の両方満たすことができることを証明した。更に、劣化後の電極の分析により、負極ではSi粒子の剥離とLiFを主成分とする厚い不働態SEI層（60 nm）の形成が起こり、これがサイクル性能の劣化の主な原因であることが示された。Liイオンキャパシタのエネルギー密度（300Wh kg-1以上）を持続的に維持するためには、Liイオンの挿入・排出の繰り返しに対してSi負極を構造的に安定化させる必要があることが明らかになった。

In this study, high specific surface area activated carbon and high specific surface area activated carbon were used as active materials for electrodes. The increase of active mass ratio of negative electrode in charge voltage range, the minimization of unused capacity of Si electrode, and the maximization of production density of Si electrode 1.0-4.3V charge-discharge voltage range: high active mass ratio of negative electrode; maximum active mass ratio of positive electrode: 400Wh/kg; maximum active mass ratio of negative electrode: 400Wh/kg; maximum active The output density is 6kW/kg and 200Wh/kg. After 1000 years of service, the stability of the product was reduced by 79.9%. The performance of the electrode and the possible capacity of the electrode can be improved. The specific charge voltage range and the mass ratio of the active substance are small, and the stability and performance of the active substance are obtained. Low power density (~180Wh/kg) is acceptable, and high power density (~1kW/kg) is maintained at 88.6% after 2000. Active material of electrode has high specific surface area, active material of electrode has high density, active material has high density, active material has high density. In addition, the analysis of the electrode after degradation shows that the separation of Si particles from the electrode, the formation of a thick, non-reactive SEI layer (60 nm), and the main reasons for the degradation of the performance of the electrode. The density of lithium ion battery (more than 300Wh kg-1) is necessary to maintain the stability of Si electrode structure.