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

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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。