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

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。

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。