三次元規則配列多孔構造ポリイミドセパレータを用いた不燃性リチウム金属電池の開発

使用三维规则排列多孔结构聚酰亚胺隔膜开发不可燃锂金属电池

• 批准号: 22KJ2544
• 负责人: 新堀 雄麻
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2544/
• 关键词: リチウム金属二次電池; リチウム金属負極; セパレーター; イオン液体; イオンゲル; ゲルポリマー電解質

本研究課題はリチウム金属負極―酸化物系固体電解質間に短絡防止層を導入することでリチウム金属二次電池のサイクル安定性の向上を図るものである。短絡防止層には当研究グループが開発を行ってきた三次元多孔構造ポリイミド（3DOM PI）を用いた。この3DOM PIは内部に三次元的で均一なマクロ孔を有することから、均一なイオン伝導パスの形成および負極表面上に均一なリチウム金属の析出が期待できる。また3DOM PIセパレータ内に充填する電解質として不燃性かつ流動性がないイオンゲルを用いた。昨年度までは、3DOM PI中にイオン液体電解液を含侵させた状態で短絡防止層として有用であることを評価し、短絡防止層としての効果が十分に期待できることを明らかにした。本年度では3DO PIセパレータ内にイオン液体電解液とポリマーと複合化させたイオンゲルの導入を試みた。しかしながらイオンゲルの状態ではセパレータ内に含侵することが極めて困難であるため、イオンゲルの前駆体溶液をセパレータ内でゲル化する事を試みた。セパレータ内でのゲル化をするために、イオンゲルのポリマーにはポリメタクリル酸メチルを選択した。ビニルモノマーのラジカル重合は温度で制御が可能なため、予めイオンゲル前駆体を調製した後セパレータ内に充填、熱を加えることでセパレータ内での重合を行った。実際に3DOM PI内でのイオン液体のゲル化は成功し、複合膜が作製できた。複合膜によるリチウム対称セルによる溶解析出試験を行ったところ、イオンゲルゲルの自立膜と比較して大幅なサイクル特性の向上が見られた。現在も試験は継続中である。これより、3DOM PI・イオンゲル複合膜は短絡抑制効果があることが判明した。

该研究主题是通过在锂金属负电极和基于氧化物的固体电解质之间引入短路预防层来提高锂金属二级电池的循环稳定性。短路预防层是由我们的研究小组正在发展的三维多孔聚酰亚胺（3DOR PI）的。该3DOR PI内部具有三维均匀的大孔，这意味着可以形成均匀的离子传导路径，并且可以预期在负电极表面上的锂金属沉积。此外，不具有火焰和非氟的离子凝胶用作将电解质填充到3DON PI分离器中。直到去年，我们评估了当离子液体电解质在3 dom PI中浸渍时作为短路预防层的有用性，并揭示其预计作为短路预防层具有足够的效果。今年，我们试图引入一种与离子液体电解质和聚合物结合的离子凝胶，并将其聚合到3DO PI分离器中。但是，由于在离子凝胶状态下将分离剂浸渍非常困难，因此我们试图将离子凝胶在分离剂中的前体溶液凝胶化。为了在分离剂中凝胶化，选择聚甲基丙烯酸甲酯作为离子凝胶的聚合物。由于可以在温度下控制乙烯基单体的自由基聚合，因此预先准备好离子凝胶前体，然后填充到分离器中，并施加热以在分离剂中进行聚合。实际上，3DON PI内的离子液体的凝胶化成功，并产生了复合膜。使用复合膜对锂对称细胞进行液体分析测试，并与离子凝胶凝胶的自支撑膜进行比较，循环特性显着提高。考试仍在进行中。这表明3DON PI-ION凝胶复合膜具有短回路抑制作用。

项目成果

Application of 3DOM PI Separator to Li Metal Batteries with Ionic Liquid Based Electrolyte

3DOM PI分离器在离子液体电解液锂金属电池中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuma Shimbori;Hirokazu Munakata;Kiyoshi Kanamura
• 通讯作者: Kiyoshi Kanamura