Development of safe and high-performance secondary batteries based on nanotubes and assessment of their impacts on reduction of greenhouse gas emission

基于纳米管的安全高性能二次电池的开发及其对减少温室气体排放的影响评估

基本信息

批准号：
21H04633
负责人：
野田優
金额：
$ 27.04万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04633/
关键词：
二次電池ナノチューブ安全・高性能低炭素化技術評価

项目摘要

項目1. 高エネルギー密度・高安全性二次電池の開発：前年度までにLi||Li2Sx-CNT電池で高容量を実現したが、Li負極が原因でサイクル特性に課題を抱えている。そこで容量はやや下がるが安定性に優れたSiOの負極利用を検討した。CコートSiO粒子とCNTの共分散・ろ過でSiO/C-CNT自立膜負極を作製、電極基準で>1200 mAh/gの高容量を確認した。容量制限により電極基準584 mAh/gを236サイクル達成、リチオ化時に膨張し脱リチオ化時に収縮して安定動作すること確認した。また流動層法長尺CNTを10種類比較検討し、正極と負極それぞれに適したCNT構造を明らかにした。項目2. 常温でも高温でも動作する二次電池の開発：高耐熱性のBNNTセパレータとイオン液体電解液を用いた高温動作電池の開発を継続した。高温では電解液の酸化分解が加速し、LFP-CNT正極では100 ℃を超えると劣化が速まった。一方、Li箔でのデンドライト形成が高温では緩和されることが示唆され、Li|BNNT|LTO-CNT全電池により150 ℃での200サイクル以上の可逆動作を達成した。項目3. 電池の製造・利用・廃棄のLCA：現行の黒鉛||NMC電池、先行研究のLi||S電池、本研究のLi||Li2Sx-CNT電池のLCAを実施し、本電池では硫黄の正極利用と分散・ろ過プロセスにより製造時のGHG排出を抑制可能と確認した。利用時にはLi負極起因の短寿命により却ってGHG排出が増え、寿命改善が課題である。項目4. 社会実装性に優れた電池の提案：使用済みリチウムイオン電池の分解と材料リサイクルを検討した。黒鉛負極は、弱酸、強塩基、熱処理の各種処理により銅箔から黒鉛を分離、再生黒鉛で新品と同等の性能を実現した。NMC正極は600 ℃の熱処理によりアルミニウム箔からNMCを分離、容量も回復することを確認した。

项目1。高能密度和高安全性辅助电池的开发：到上一年，使用LI || Li2SX-CNT电池实现了高容量，但Li负电极在周期特性方面存在问题。因此，我们考虑使用SIO的负电极，该电极的容量略低，但具有良好的稳定性。通过协方差和C涂层SIO颗粒和CNT的过滤制备SIO/C-CNT独立膜的负电极，并根据电极确认了> 1200 mAh/g的高容量。由于容量的限制，以584 mAh/g 236的周期达到了电极标准，并确认电极在锂化过程中扩展并在划分过程中收缩以确保稳定运行。此外，比较了10种流化的床长CNT并检查了10种类型的CNT结构，以阐明适合正和负电极的CNT结构。项目2。开发可以在室温和高温下运行的二级电池：我们继续使用高热量的BNNT分离器和离子液体电解质开发高温操作电池。在高温下，电解质的氧化分解加速，在LFP-CNT阳性电极下，当温度超过100°C时，降解加速了。另一方面，有人建议在高温下减轻Li箔中的树突形成，并且在150°C下所有Li | bnnt | lto-cnt电池都可以实现200多个可逆操作。第3项。用于电池制造，使用和处置的LCA：用于当前石墨|| NMC电池的LCA，LI || S Powties来自先前的研究中的电池，Li || Li2SX-CNT电池进行了这项研究，并且可以通过使用该电池中的阳性硫电话和分散式硫磺电极和分配过程来抑制制造过程中的GHG在制造过程中的GHG排放。当使用该产品时，由于LI负电极引起的寿命短，GHG排放实际上会增加，而挑战是改善寿命。项目4。在社会实施方面高效的电池提案：我们已经检查了二手锂离子电池的拆卸和物质回收。用各种处理（例如弱酸，强碱和热处理）将石墨负电极与铜箔分离，并用再生石墨制成，以实现与新产品相同的性能。已确认将NMC阳性电极在600°C加热，并恢复容量。