球状カーボンゲルを利用したリチウムイオン電池用高容量負極材料の開発

使用球形碳凝胶开发锂离子电池高容量负极材料

基本信息

批准号：
13750716
负责人：
向井紳
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までにレゾルシノールとホルムアルデヒドをゾルーゲル重合させたものを界面活性剤を添加した油層に分散させて得られる有機湿潤ゲルを凍結乾燥し、炭化すると微粒子状のカーボンゲル(カーボンクライオゲル微粒子)が得られることを明らかにした。合成条件を変えて作製した微粒子の構造を詳細に分析したところ、エタンや二酸化炭素が侵入できないようなミクロ細孔が表面に存在するカーボンクライオゲル微粒子が作製可能であることが分かった。リチウムイオン電池の負極への利用を考えると、このような表面構造を有する炭素材料のリチウムイオン不可逆容量は非常に低いことが期待される。実際に定電流充電により材料のリチウムイオン容量を測定したところ、実電池で使用されているグラファイト系材料並みの低い不可逆容量を有することが分かったが、可逆容量も低いことも明らかとなった。そこで、材料のリチウムイオン可逆容量を増大させるべく、ヘテロ元素の導入を試みた。ヘテロ元素には珪素を選択し、その微粉末を合成時の原料溶液に分散させることにより、カーボンクライオゲル微粒子内に包含することを試みた。得られた微粒子を走査型電子顕微鏡で観察したところ、原料溶液に分散させた珪素は効率よくカーボンゲル微粒子内に取り込まれていることが分かった。さらに、珪素導入により材料のリチウムイオン可逆容量が飛躍的に増大し、現在市販されている電池に使用されている材料の2倍程度の可逆容量を有する材料の作製が可能であることが分かった。

据透露，去年将间苯二酚和甲醛的溶胶凝胶聚合分散在含有表面活性剂的油层中而获得的有机湿凝胶进行冷冻干燥和碳化，以获得微粒碳凝胶(碳冷冻凝胶微粒)。对不同合成条件下产生的微粒结构的详细分析表明，可以制造表面具有微孔的碳冷冻凝胶微粒，以防止乙烷和二氧化碳进入。当考虑用作锂离子电池的负极时，期望具有这种表面结构的碳材料具有非常低的锂离子不可逆容量。当通过恒流充电实际测量该材料的锂离子容量时，发现其不可逆容量与实际电池中使用的石墨基材料相当，但也发现其可逆容量也较低。低的。因此，我们尝试引入异质元素来增加材料的锂离子可逆容量。我们选择硅作为异质元素，并在合成过程中将其细粉分散在原料溶液中，尝试将其掺入碳冷冻凝胶细颗粒中。当用扫描电子显微镜观察所获得的细颗粒时，发现分散在原料溶液中的硅有效地掺入到碳凝胶细颗粒中。此外，硅的引入极大地提高了材料的锂离子可逆容量，使得制造出的材料的可逆容量是目前商用电池中使用的材料的两倍。