高速イオン伝導が可能な電子－イオン混合伝導性有機材料の創成と伝導メカニズムの解明

创建能够高速离子传导的混合电子-离子导电有机材料并阐明传导机制

• 批准号: 19K15396
• 负责人: 正村 亮
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Tsuruoka National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K15396/
• 关键词: シングルイオン電導性ポリマー; カーボンナノチューブ; Li負極二次電池; イオン伝導; シングルイオン伝導; 複合材料; 二次電池; リチウムデンドライト; シングルイオン伝導性ポリマー; リチウムイオン伝導; 酸化グラフェン; π共役系; 混合伝導; π共役系ポリマー; イオン液体型ポリマー; イオン液体; 電子伝導

本研究では、電子伝導体とイオン伝導体を精密に複合化させ、1種類の材料中で電子伝導とイオン伝導を同時に有する、「新規混合伝導性有機材料」の創成を行っている。2022年度は、電子電導性材料であるカーボンナノチューブ（CNT）と、シングルLiイオン伝導性ポリマーであるポリスチレンスルホニルイミド-Li（PSTFSI-Li）との混合材料を作成し、Li負極表面へのコーティング膜として、各種物性評価やLi-Li対象セルへ実装してのサイクル評価を行った。CNTは各種有機溶媒へ不溶のため、CNTとPSTFSI-Liを有機溶媒中で撹拌しても混合できない。そのため本研究では、CNTへの吸着部位であるピレン誘導体を側鎖に有するモノマーを合成し、PSTFSI-Liとの共重合体を合成した。この共重合体を用いることにより、CNTとPSTFSI-Liとを有機溶媒中で均一に分散させることに成功した。この分散液を新規なコーティング材料として、Li負極上へ塗布し、Liの溶解析出反応時の安定化を目指した。本材料をLi-Li対象セルのLi金属上にスピンコーティングして、充放電にともなうLiの溶解/析出反応の繰り返し試験を行った。その結果、コーティングをしていない場合や、PSTFSI-Liのみをコーティングした場合と比較して、Liの溶解/析出サイクル増加にともなう過電圧の上昇が抑制され、長期での安定化が示唆された。これはコーティングによって電極界面での電解液の分解が阻害され、絶縁性の不動態膜の吸着が抑制された結果であると推測される。

在这项研究中，我们创建了一种“新的混合导电有机材料”，该材料使用电子导体和离子导体的精确复合材料同时将它们与一种材料中的电子和离子传导结合在一起。在2022财年中，用碳纳米管（CNT），电子导电材料和聚苯乙烯磺基硫硫化物-LI（PSTFSI-LI）制备了混合材料，单个Li离子导向聚合物的聚合物和各种物理性能通过在li-li targion上进行了对li-li靶向细胞的表面评估。由于CNT不溶于各种有机溶剂，因此即使在有机溶剂中搅拌CNT和PSTFSI-LI也无法混合。因此，在这项研究中，在侧链上合成了具有pyrene衍生物的单体，即对CNT的吸附位点，并合成了带有PSTFSI-LI的共聚物。通过使用此共聚物，CNT和PSTFSI-LI成功地分散在有机溶剂中。该分散剂被用作新的涂层材料到LI负电极，旨在在LI的液体分析和溶解反应期间稳定液体。将该材料旋转到LI-LI靶细胞的LI金属上，并重复测试以充电并放电的LI的溶解/沉淀反应。结果，与未施加涂层或单独使用PSTFSI-LI进行涂层相比，抑制了LI溶解/沉淀周期引起的过电压增加，这表明长期稳定。假定这是涂层抑制电极界面上电解质分解的结果，并抑制了绝缘钝化膜的吸附。

项目成果

Synthesis and Properties of Graphene Oxide Composite Electrolyte Membrane with Single Ion Conductivity

单离子电导氧化石墨烯复合电解质膜的合成及性能

• 发表时间: 2021
• 期刊: International Symposium on Advances in Technology Education Conference proceedings
• 作者: Ryo Shomura;Ryota Tamate;Takashi Morinaga;Takaya Sato;Kazunori Takada
• 通讯作者: Kazunori Takada

Synthesis of Protonic Ionic Liquid Polymers for Application to PEFC Electrolytes and Their Electrical Characterization

PEFC电解质用质子离子液体聚合物的合成及其电学表征

• 发表时间: 2020
• 作者: 佐藤 瑠星;正村 亮;伊藤 滋啓;森永 隆志;佐藤 貴哉
• 通讯作者: 佐藤 貴哉

新規アニオン性イオン液体型ポリマーのPEFC用電解質としての応用と電気特性評価

新型阴离子型离子液体聚合物作为PEFC电解质的应用及电性能评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 柴田 紘;佐藤 瑠星;正村 亮;伊藤 滋啓;本間 彩香;森永 隆志
• 通讯作者: 森永 隆志

Novel Use of a Pyridinium Salt to Form a Solid Electrolyte Interphase (SEI) on High Voltage Lithium-Excess Layered Positive Active Material

新型使用吡啶盐在高压过量锂层状正极活性材料上形成固体电解质中间相（SEI）

• DOI: 10.1246/bcsj.20200329
• 发表时间: 2021
• 期刊: Bulletin of the Chemical Society of Japan
• 影响因子: 4
• 作者: Shomura Ryo;Sakakibara Keita;Marukane Shoko;Nakamichi Kimiyo;Morinaga Takashi;Tsujii Yoshinobu;Sato Takaya
• 通讯作者: Sato Takaya

CNT/シングルリチウムイオン伝導性ポリマーコンポジットの開発と二次電池材料への応用

CNT/单锂离子导电聚合物复合材料的研制及其在二次电池材料中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 正村 亮;玉手 亮多;森永 隆志;佐藤 貴哉;松田 翔一
• 通讯作者: 松田 翔一