Development of flexible Li metal secondary battery based on modification technology at solid polymer electrolyte/electrode interface

基于固体聚合物电解质/电极界面改性技术的柔性锂金属二次电池的开发

基本信息

批准号：
22KK0069
负责人：
富永洋一
金额：
$ 12.9万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-10-07 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、固体高分子電解質（SPE）の高分子材料としての特有の固体物性に着目し、SPEを固体電解質とするLi金属二次電池の国際共同開発を目指している。当該年度は、Li負極の最も大きな問題であるデンドライトの生成を抑制し、かつSPEとの良好な界面を形成するLi表面改質技術を開発するために、その基盤研究となる装置の導入や実験環境の整備を行った。具体的には、1) 正極の塗布・乾燥・成膜プロセスの開発について、良好なSPE固体界面形成のための表面改質に適した正極作製プロセスの確立を目指すため、本年度は基本的な正極合剤用素材の選定および塗布乾燥過程の条件設定を行った。本年度予算で導入した真空蒸着装置を用いて、Li負極のモデルとなるAl基板表面にポリアクリル酸リチウムを真空蒸着させることに成功した。今後は、大気非暴露ユニットを用いたLi金属表面への真空蒸着を試みる。以降、2) Liイオン伝導性に優れるSPEの開発、3) 表面・界面構造の解析、4) 試作電池の充放電特性評価、につながる。最終的には、高容量かつ充放電サイクル性に優れるSPE蓄電池の基本形を創出する。従来型の蓄電池やこれまでの次世代蓄電池の研究では、Liのアロイ化やコーティング手法の開発、正極表面改質法の開発、新しいSPEの開発など、それぞれの要素研究に特化した例は数多く報告されているが、SPEを中心に各要素研究を融合した系統的かつ学際的研究にまで及ぶ共同研究は国内外を通じてほとんど例が無い。本研究は、電気化学や材料科学のみならず、化学工学や表面化学など様々な研究分野を専門とする研究者により組織されているため、系統的かつ学際的研究の取り組みが必要不可欠な本研究に適した創造性の高い研究体制である。

本研究重点关注固体聚合物电解质（SPE）作为高分子材料的独特固态特性，旨在国际联合开发采用SPE作为固体电解质的锂金属二次电池。本财年，我们将引进设备并进行基础研究实验，以开发锂表面改性技术，抑制锂负极最大的问题——枝晶的形成，并与SPE环境形成良好的界面。被维持。具体来说，1）在阴极涂覆、干燥和成膜工艺的开发方面，今年我们将开发基本的阴极制造工艺，旨在建立适合表面改性以形成良好的SPE固体界面的阴极制造工艺。选择混合物的材料并设置涂层和干燥过程的条件。利用本财年预算中引进的真空蒸镀设备，我们成功地将聚丙烯酸锂真空蒸镀到铝基板的表面，这将作为锂负极的模型。将来，我们将尝试使用不暴露在大气中的装置在锂金属表面进行真空沉积。这将导致2）开发具有优异锂离子传导性的SPE，3）表面/界面结构分析，以及4）原型电池充电/放电特性的评估。最终，我们将创造出一种具有高容量和优异的充放电循环性能的SPE蓄电池的基本形式。在传统蓄电池和下一代蓄电池的研究中，有很多针对每个元素进行专门研究的例子，例如Li合金化和包覆方法的开发、正极表面改性方法的开发以及新型SPE的开发尽管有报道，但在日本国内外几乎没有以SPE为中心的整合各基础研究的系统性和跨学科研究的合作研究的例子。这项研究的组织者不仅专注于电化学和材料科学，而且还涉及化学工程和表面化学等各个研究领域，因此系统性和跨学科的研究工作对于这项研究至关重要，这是一个适合的高度创造性的研究体系。为了