Development of innovative all-solid-state battery electrodes taking advantage of carbon nanospace

利用碳纳米空间开发创新型全固态电池电极

• 批准号: 22H00345
• 负责人: 森口 勇
• 金额: $ 26.79万
• 依托单位: Nagasaki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00345/
• 关键词: 全固体電池; リチウムイオン電池; ナノ複合材料; ナノ多孔カーボン; Liイオン電池; 酸化スズ; スズ; リン; 硫化バナジウム; ナノ複合体

本研究では，カーボンナノ細孔空間内を活物質とLiイオンおよび電子の反応場に利用し，また反応に伴う体積変化のバッファ空間として活用することにより，全固体電池の固体電解質層/電極層界面の安定化を図ることを目的とする。さらに，カーボンナノ空間内でのLiイオンの拡散や活物質との反応過程を解明し，多孔カーボン壁構造やナノ空間サイズ等の制御によるLiイオン伝導機能の向上等を図り，ナノ空間を最大限に活用した革新的な全固体電池電極材料の創製を目的とする。今回，シリカコロイド結晶テンプレート法で得たナノ多孔カーボンおよびナノカーボン（ナノチューブ，ナノホーン）を担体として，気相導入法を用いて酸化スズやスズ，リンの析出を行った。X線回折法により活物質ナノ結晶の生成を確認し，熱重量分析や元素分析により担持量を同定した。さらに，窒息吸着等温線測定や透過型電子顕微鏡観察により担持状態を評価し，酸化スズやリンについてはカーボン細孔内へ優先析出した活物質/カーボンナノ複合体の作製を確認し，特にリン/ナノカーボン複合体では，ナノチーブやナノホーン空間内でリンの高圧相である黒リン結晶の析出が生じていることを見出した。一方，スズについては熱処理過程で細孔外への移動析出も確認された。さらに，層状粘土鉱物を原料としたシリコン・カーボン複合体や水熱合成法による硫化バナジウム・カーボン複合体の合成も行った。全固体系ハーフセルにて基本的な充放電特性を評価したところ，リン/ナノカーボン複合体や硫化バナジウム・カーボン複合体において，サイクル安定性に優れた充放電特性が発現することを明らかにした。

在本研究中，我们将利用碳纳米孔空间的内部作为活性材料、锂离子和电子的反应场，并作为伴随反应的体积变化的缓冲空间，目的是稳定界面。此外，我们将阐明锂离子在碳纳米空间内的扩散以及与活性材料的反应过程，并旨在通过控制多孔碳壁结构和纳米空间尺寸来提高锂离子传导功能，旨在创造创新的所有材料。 -可用于固态电池电极材料这次，我们以二氧化硅胶体晶体模板法获得的纳米孔碳和纳米碳（纳米管、纳米角）为载体，采用气相引入法沉淀氧化锡、锡和磷。使用X射线衍射确认活性材料纳米晶体的形成，并使用热重分析和元素分析确定负载量。此外，我们通过窒息和吸附等温线测量以及透射电子显微镜评估了负载状态，并确认氧化锡和磷优先沉淀到碳孔中，并且我们确认活性材料/碳纳米复合材料优先沉淀到碳孔中在纳米碳复合材料中，我们发现黑磷晶体（磷的高压相）在纳米凹和纳米角空间内沉淀。另一方面，也证实了锡在热处理过程中迁移并沉淀到气孔之外。此外，我们还利用层状粘土矿物合成了硅碳复合材料，并通过水热合成合成了硫化钒碳复合材料。通过评估全固态半电池的基本充放电特性，我们发现磷/纳米碳复合材料和硫化钒/碳复合材料表现出具有优异循环稳定性的充放电特性。

项目成果

層状粘土鉱物を原料としたSi・カーボン複合体電極の創製

以层状粘土矿物为原料研制硅/碳复合电极

• 发表时间: 2022
• 作者: 小坂 まゆ;能登原 展穂;瓜田 幸幾;森口 勇
• 通讯作者: 森口 勇

多孔カーボン/酸化物系固体電解質の緻密な界面構築の検討

多孔碳/氧化物固体电解质致密界面构建研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 江口 稜汰;能登原 展穂;瓜田 幸幾;森口 勇
• 通讯作者: 森口 勇

ナノ多孔カーボンの黒鉛化が及ぼすLiイオンキャパシタ電極特性への影響

纳米多孔碳石墨化对锂离子电容器电极特性的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡部 柔吾;能登原 展穂;瓜田 幸幾;森口 勇
• 通讯作者: 森口 勇

欠陥構造を有したMXene電極の充放電特性

缺陷结构MXene电极的充放电特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡部 柔吾;能登原 展穂;瓜田 幸幾;森口 勇;青木 俊輔，能登原 展穂，瓜田 幸幾，森口 勇
• 通讯作者: 青木 俊輔，能登原 展穂，瓜田 幸幾，森口 勇

The optimized interface engineering of VS2 as cathodes for high performance all-solid-state lithium-ion battery

• DOI: 10.1007/s11431-022-2036-9
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: Science China Technological Sciences
• 作者: Jianbiao Wang;Jugo Okabe;Y. Komine;Hiroo Notohara;K. Urita;I. Moriguchi;Mingdeng Wei