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

基于纳米管的安全高性能二次电池的开发及其对减少温室气体排放的影响评估

基本信息

批准号：
21H04633
负责人：
野田優
金额：
$ 27.04万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04633/
关键词：
二次電池ナノチューブ安全・高性能低炭素化技術評価

项目摘要

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。

Project 1. High エネルギー density, high security secondary battery の open 発 : before the annual までに Li | | Li2Sx - CNT battery で high-capacity を be presently したが, Li negative がでサイクル features に subject を embrace えている. Youdaoplaceholder0 でで capacity ややややがるが stability に is excellent れたSiO <s:1> negative electrode utilizes を検 to make up for た. C コート the SiO particles と CNT の covariance, ever ろで the SiO/C - CNT anode を system, independent film electrode benchmark で > 1200 mAh/g の high-capacity を confirm した. Capacity limitations により electrode benchmark 584 mAh/g を 236 サイクル reached, リチオ when に expansion しリ off チオ when に収 shrinkage して settle action すること confirm した. また flow layer method long feet CNT are beg し検を 10, the positive と negative それぞれに optimum した CNT structure を Ming らかにした. Project 2. Normal temperature でも high-temperature でも action する secondary battery の open 発 : high heat resistance の BNNT セパレータとイオン liquid electrolyte を with いた temperature action batteries の open 発を継続した. High-temperature で <s:1> electrolyte <s:1> acidification and decomposition が accelerate <s:1>, and RFP-CNT cathode で <s:1> at 100 ℃を super-えると deterioration が rate まった. Party, Li foil でのデンドライト formation temperature がでは ease されることが in stopping され, Li | BNNT | LTO - CNT full battery により 150 ℃ での 200 サイクルの reversible action を reach above した. Project 3. の battery manufacturing, using, 廃 abandon の LCA: current の black lead | | the NMC batteries, leading research の Li | | S battery, this study の Li | | Li2Sx - CNT battery の LCA を be し, this battery では sulfur の the positive use of と scattered, ever ろプロセスにより manufacturing の GHG discharge を inhibition may と confirm した. When in use, the にに Li negative electrode is due to its <s:1> short lifespan によ but ってGHG emissions が increase え and lifespan improvement が issues である. Project 4. Be loaded sex に socially optimal れた battery の proposal: use 済みリチウムイオン battery の decomposition と material リサイクルを beg し検た. Black lead anode た, weak acid, strong base, thermal treatment, and various treatments によ copper foil ら black lead を separation, regenerated black lead で new products と with the same <s:1> performance を current <s:1> た. The NMC cathode undergoes a <s:1> heat treatment at 600 ℃, and the によアアアアニウムニウムニウム foil らNMCを is separated. The capacity is <s:1> restored to するとをとを to confirm the た.