Development of flexible Li metal secondary battery based on modification technology at solid polymer electrolyte/electrode interface

基于固体聚合物电解质/电极界面改性技术的柔性锂金属二次电池的开发

• 批准号: 22KK0069
• 负责人: 富永 洋一
• 金额: $ 12.9万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-10-07 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KK0069/
• 关键词: 固体高分子電解質; 電極/電解質界面; 表面改質; 塗布・乾燥・成膜プロセス; フレキシブルLi金属二次電池

本研究では、固体高分子電解質（SPE）の高分子材料としての特有の固体物性に着目し、SPEを固体電解質とするLi金属二次電池の国際共同開発を目指している。当該年度は、Li負極の最も大きな問題であるデンドライトの生成を抑制し、かつSPEとの良好な界面を形成するLi表面改質技術を開発するために、その基盤研究となる装置の導入や実験環境の整備を行った。具体的には、1) 正極の塗布・乾燥・成膜プロセスの開発について、良好なSPE固体界面形成のための表面改質に適した正極作製プロセスの確立を目指すため、本年度は基本的な正極合剤用素材の選定および塗布乾燥過程の条件設定を行った。本年度予算で導入した真空蒸着装置を用いて、Li負極のモデルとなるAl基板表面にポリアクリル酸リチウムを真空蒸着させることに成功した。今後は、大気非暴露ユニットを用いたLi金属表面への真空蒸着を試みる。以降、2) Liイオン伝導性に優れるSPEの開発、3) 表面・界面構造の解析、4) 試作電池の充放電特性評価、につながる。最終的には、高容量かつ充放電サイクル性に優れるSPE蓄電池の基本形を創出する。従来型の蓄電池やこれまでの次世代蓄電池の研究では、Liのアロイ化やコーティング手法の開発、正極表面改質法の開発、新しいSPEの開発など、それぞれの要素研究に特化した例は数多く報告されているが、SPEを中心に各要素研究を融合した系統的かつ学際的研究にまで及ぶ共同研究は国内外を通じてほとんど例が無い。本研究は、電気化学や材料科学のみならず、化学工学や表面化学など様々な研究分野を専門とする研究者により組織されているため、系統的かつ学際的研究の取り組みが必要不可欠な本研究に適した創造性の高い研究体制である。

This study aims at the international common development of solid polymer electrolyte (SPE) and Li metal secondary battery. During the year, the biggest problem of Li electrode is to suppress the formation of Li electrode, to form a good interface for SPE, to develop Li surface modification technology, to study the substrate, to introduce the device and to prepare the environment. Specifically, 1) electrode coating, drying, film formation process development, good SPE solid interface formation, surface modification, electrode preparation process establishment instructions, this year's basic electrode composite material selection, coating and drying process conditions setting. This year, it is estimated that the vacuum evaporation device will be successfully used for Li electrode deposition on the surface of Al substrate In the future, the vacuum evaporation of Li metal surface will be tested. 2) Li conductivity optimization of SPE development, 3) analysis of surface and interface structure, 4) evaluation of charge and discharge characteristics of test batteries, and Finally, the basic shape of SPE battery is created with high capacity and excellent charging performance. The research on the next-generation battery of the present type includes the development of Li's conversion technology, the development of electrode surface modification method, the development of new SPE, the specialization of other elements, and the integration of various elements in SPE center. There are no common research cases at home and abroad. This research is necessary for the research of electrical chemistry, materials science, chemical engineering and surface chemistry. It is necessary for the researchers to organize and systematize the interdisciplinary research.