リチウム二次電池の電気化学的特性改善に関する研究

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携帯機器用電源として普及しているリチウムイオン2次電池は、電気自動車やハイブリッド自動車用の電源としても注目されている。しかしながら、自動車用電源としてリチウムイオン電池を用いる場合は、携帯機器に比べ格段の高出力密度化が要求される。本研究では高出力化のため電極反応を高速化するために、特に反応界面となる電極表面機能を活性化するような酸化物修飾法および電極・電解質複合界面の設計法確立に努めた。本研究の結果、現行の負極材料である黒鉛は電極・電解質界面におけるリチウムイオン交換反応が遅く、高出力化を妨げていることが明らかとなった。昨年度は、イオン交換反応を高速化するための新たな反応経路として、界面に酸化物をナノ分散し修飾する手法を提案したが、本年度の研究によってこの手法が電池高出力化に有効であることを確認した。また実際にラボスケールでの実証電池を作成しレート特性の大幅な向上を確認した。また修飾酸化物に、反応に対して極めて安定なアルミナ・ジルコニア等も用いることが可能であることを確認できたため、実用上有利であると考えられる。また、黒鉛負極では電解液として汎用に使われているプロピレンカーボネートが、界面における副反応によって使用できないという問題があったが、本研究室で開発したホウ酸エステルを加えて固形化することで副反応を抑制しえることを新たに発見した。これらの研究により、電極・電解質界面、すなわち有機・無機ハイブリッドナノ界面におけるイオン交換反応は、これまでほとんど知見のない領域であったが、界面へ積極的に新たな反応場を形成させたり、界面の接触条件を変化させることで反応を制御できることを明らかにした。くわえて、これらの手法が電池高出力化等の性能改善に大きな役割を果たしていることが明らかに出来た。