正極内部での重合を鍵とする二次電池用有機材料の開発

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本研究では、有機正極活物質の電解液に対する溶解性の高さを改善し、高い容量、高いサイクル特性、高いエネルギー密度を同時に満たす有機分子の開発を目指している。令和４年度は、はじめに、R3年度に合成したテトラチアフルバレン（TTF）の周辺部に4つのトリフェニルアミン部位を有する分子（4TPA-TTF）の重合機構について、SEMやNMRを用いて解析した。また、4TPA-TTFや2つのトリフェニルアミン部位で置換されたTTF誘導体（2TPA-bzTTF）が優れたレート特性を示すことを見出した。次に、さらなる電池の高容量化を目的に、2つのPhMeNC6H4基を有するTTF誘導体（2PhMeNC6H4-bzTTF）を合成し、酸化還元挙動をサイクリックボルタンメトリー法により調査した。その結果、R3年度に合成した4TPA-TTFと同様に、マルチスキャンした場合に電流値の継続的な上昇が観測され、酸化還元電位測定中に電解重合が進行していることが確認できた。X線構造解析にも成功し、電極中における活物質分子の結晶構造に関する知見を得ることができた。2PhMeNC6H4-bzTTFを正極活物質とする電池の充放電特性を測定したところ、初期放電容量は127mAh/gと理論容量の73%、100サイクル後の容量維持率は35%であった。R3年度に合成した2つのトリフェニルアミン部位で置換された分子（2TPA-bzTTF）と比較すると、重合部位として働くフェニル基の存在量が少ないと電池の内部での重合が十分に進行しないために活物質が電解液に溶解していることが示唆された。