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

使用三维规则排列多孔结构聚酰亚胺隔膜开发不可燃锂金属电池

• 批准号: 22KJ2544
• 负责人: 新堀 雄麻
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2544/
• 关键词: リチウム金属二次電池; リチウム金属負極; セパレーター; イオン液体; イオンゲル; ゲルポリマー電解質

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。

该研究项目旨在通过在锂金属负极和氧化物固体电解质之间引入短路防止层来提高锂金属二次电池的循环稳定性。对于短路防止层，我们使用了我们研究小组开发的三维多孔聚酰亚胺（3DOM PI）。由于该3DOM PI内部具有三维且均匀的大孔，因此有望形成均匀的离子传导路径，并在负极表面均匀沉积金属锂。此外，使用不可燃且非流体的离子凝胶作为填充在3DOM PI隔膜中的电解质。直到去年，我们在浸渍离子液体电解质的状态下对3DOM PI作为短路防止层的有用性进行了评估，并明确了其作为短路防止层完全可以期待其效果。 。今年，我们尝试将离子凝胶（离子液体电解质和聚合物的复合材料）引入3DO PI隔膜中。然而，由于以离子凝胶状态浸渍隔膜极其困难，因此尝试使离子凝胶前体溶液在隔膜内凝胶化。选择聚甲基丙烯酸甲酯作为离子凝胶聚合物，以便在隔膜内凝胶化。乙烯基单体的自由基聚合可以通过温度来控制，因此在预先制备离子凝胶前体后，将其填充到隔膜中并通过加热在隔膜内聚合。事实上，3DOM PI 内离子液体的凝胶化是成功的，并且制备了复合膜。当我们使用具有复合膜的锂对称电池进行溶解沉积测试时，我们发现与自支撑离子凝胶膜相比，循环特性显着改善。测试仍在进行中。这表明3DOM PI/离子凝胶复合膜具有抑制短路的作用。

项目成果

Application of 3DOM PI Separator to Li Metal Batteries with Ionic Liquid Based Electrolyte

3DOM PI分离器在离子液体电解液锂金属电池中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuma Shimbori; Hirokazu Munakata; Kiyoshi Kanamura
• 通讯作者: Kiyoshi Kanamura