Development of safe and high-performance secondary batteries based on nanotubes and assessment of their impacts on reduction of greenhouse gas emission

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項目1. 高エネルギー密度・高安全性二次電池の開発：前年度までにLi||Li2Sx-CNT電池で高容量を実現したが、Li負極が原因でサイクル特性に課題を抱えている。そこで容量はやや下がるが安定性に優れたSiOの負極利用を検討した。CコートSiO粒子とCNTの共分散・ろ過でSiO/C-CNT自立膜負極を作製、電極基準で>1200 mAh/gの高容量を確認した。容量制限により電極基準584 mAh/gを236サイクル達成、リチオ化時に膨張し脱リチオ化時に収縮して安定動作すること確認した。また流動層法長尺CNTを10種類比較検討し、正極と負極それぞれに適したCNT構造を明らかにした。項目2. 常温でも高温でも動作する二次電池の開発：高耐熱性のBNNTセパレータとイオン液体電解液を用いた高温動作電池の開発を継続した。高温では電解液の酸化分解が加速し、LFP-CNT正極では100 ℃を超えると劣化が速まった。一方、Li箔でのデンドライト形成が高温では緩和されることが示唆され、Li|BNNT|LTO-CNT全電池により150 ℃での200サイクル以上の可逆動作を達成した。項目3. 電池の製造・利用・廃棄のLCA：現行の黒鉛||NMC電池、先行研究のLi||S電池、本研究のLi||Li2Sx-CNT電池のLCAを実施し、本電池では硫黄の正極利用と分散・ろ過プロセスにより製造時のGHG排出を抑制可能と確認した。利用時にはLi負極起因の短寿命により却ってGHG排出が増え、寿命改善が課題である。項目4. 社会実装性に優れた電池の提案：使用済みリチウムイオン電池の分解と材料リサイクルを検討した。黒鉛負極は、弱酸、強塩基、熱処理の各種処理により銅箔から黒鉛を分離、再生黒鉛で新品と同等の性能を実現した。NMC正極は600 ℃の熱処理によりアルミニウム箔からNMCを分離、容量も回復することを確認した。