硫黄と有機物の直接反応による高性能硫黄電池用正極の開発と科学

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リチウム硫黄電池は理論容量1670ｍAh/ｇと従来のリチウムイオン電池の10倍以上の高容量をもち、硫黄が安価な物質であることから、次世代二次電池として期待されているが、ポリスルフィドの溶出により、サイクルが進むにつれ容量が大幅に減少することが問題となっている。本研究では、電気化学反応中の硫黄の溶出を防ぐことを目的に、硫黄をアリールジチオールで架橋した逆加硫体や硫黄とアルコールからなる共重合体の創製を試み、その電気化学特性を検討した。具体的には、アルコールと硫黄を重量比1:5になるように計量し、試験管に入れ、窒素雰囲気下、400℃の温度で2時間還流を行った。その後、反応していない硫黄を除くため、窒素雰囲気下、300℃で加熱しSACを作成した。最後に、SAC30wt％、トーカブラック50wt％、PVDF 20wt％からなる正極ペーストを作製してAl箔に塗工し、薄膜正極を作製した。これを用いて、0.4Ｍ LiTFSI、0.28Ｍ LiNO3、DOL、DMEからなる電解液、カーボンコートセパレーター、および負極のLiから成るリチウム硫黄電池を作成し、その電池特性を計測した。結果についてであるが、アルコールの炭素の数、OH基の位置、炭素からハロゲン原子を変えた12種類のSACを合成した。物性測定では、IR測定からアルコールの炭素、XRD測定からは硫黄に由来するピークが見られ、ペレットでの抵抗率を測定したところ12種類全てが絶縁性であったので、アルコールと硫黄が混合されていること以外は硫黄と大差がないことが判明した。しかし、充放電測定でSACに大きく変化が現れ、SACを電池にすると、2-ヘキサノール、オクタノール、クロロブタノールの電池特性が良好で、初期容量1600ｍAｈ/ｇ以上で100サイクル目までで700ｍA/ｇ以上を維持していた。