28 7月 2019

【論文紹介】Designing a safe electrolyte enabling long‐life Li/S batteries

ChemSusChem doi: 10.1002/cssc.201901770
・LiS電池用の電解液添加剤としてイオン液体Py1,4 TFSIを用いた。
・Py1,4 TFSIはリチウム金属表面のSEIを安定化させ、また、溶媒の燃焼性を低下させる。
・さらに、Py1,4 TFSI添加剤を用いたLiS電池では、溶出したSの負極上の堆積を減少させる効果が認められた。
・同様の効果が報告されている添加剤としてLiNO3が知られているが、LiNO3は消費型の添加剤であり、特に定電流で消費されるため、サイクル寿命はLiNO3濃度に依存する。
・高硫黄質量負荷(4 mg/cm-2)のLi / S電池は、LiNO3添加剤を使用する電池の2倍以上の600 mAh g -1の安定した容量を示した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cssc.201901770

根本的な解決というよりは、劣化を遅らせるといったようなイメージであろうか。
電池は全く劣化させないというのは困難である。目的の用途に合わせて、許容できる劣化に抑えられるように設計して製品を作っている。
研究では、独特の条件で行なっているのもが多い。もう少し製品を見据えた条件で行えば、開発側の目に止まって実用化が見えてくることもあるかもしれない。

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23 7月 2019

【論文紹介】An air-stable and waterproof lithium metal anode enabled by wax composite packaging

出典:https://ars.els-cdn.com/

Science Bulletin, 64 (13) 910-917 doi: 10.1016/j.scib.2019.05.025
・リチウム金属負極の表面保護技術。
・リチウム金属表面にワックスとPEO混合物を被覆した。
・被覆方法はディップするだけの簡便な方法。
・ワックスで被覆することで、水分や酸素とリチウム金属の反応を抑制でき、大気中でも24時間安定。
・このコーティングを行った金属負極を用いたLiS電池で300サイクル安定して動作することを実証。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927319303196?via=ihub

Li金属関係のベンチャーが乱立している。全固体やFCもそうであるが、周期的にブームがくる。
Li金属負極は電池容量が大きな用途では課題がまだあるが、このような技術の積み重ねで進化していることは間違えない。低容量用途で市場に出してみる価値はあるのかもしれない。

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07 7月 2019

【論文紹介】Sulfur-Anchored Azulene as Cathode Material for Li-S Batteries – Chemical Communications

出典:https://bioage.typepad.com/

ChemComm doi: 10.1039/C9CC04413B
・LiS電池用の硫黄含有正極について。
・ベンゼンフリーおよびビニルフリーの分子であるアズレン系の有機硫黄ポリマーを提案。
・このアズレン系の有機硫黄ポリマーは硫黄含有量が67wt%で初期放電容量は1036mAh/g。
・100サイクル後の容量は515mAh/g。
<元記事>https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/CC/C9CC04413B#!divAbstract

19 3月 2019

【論文紹介】High‐Voltage Charging‐Induced Strain, Heterogeneity, and Micro‐Cracks in Secondary Particles of a Nickel‐Rich Layered Cathode Material

Adv. Funct. Mater. doi: 10.1002/adfm.201900247
・ニッケルリッチ層状カソード材料(LiNi1-x-yMnxCoyO2)(NMC)の劣化の原因を特定したとの報告。
・研究チームは透過型X線顕微鏡(TXM)観察を行い、劣化粒子内のすべての化学分布をマッピングした。このデータ量は膨大で、機械学習により解析を行った。
・結論として、サイクルにより容量劣化した粒子は、全体的にニッケル原子の酸化状態に不均一性があることが明らかとなった。粒子内部のニッケルは酸化状態を維持しするが、表面のニッケルは不可逆的に還元され、その効率が低下する。
・さらに追加の実験で、容量劣化した粒子は、材料の構造内に小さなひびが入っていることが明らかとなった。
・電池の充放電プロセス中に、正極材料が膨張および収縮し、応力が発生する。その応力を効率的に解放できないとクラックが発生する。
・これらの結論から、研究チームは中空構造を持つ新しい材料を合成することで、この問題を軽減できる可能性があると考え、理論的な計算、そして実験的にその有効性を確認した。
<元記事>https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201900247

最近、AIを導入した分野に注目されているらしい。AIというと懐疑的に感じるところもあるが、機械学習だと考えれば今後活躍の場は広がっていくのではないだろうか。生産の現場でも導入が進んでいる。

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17 3月 2019

【論文紹介】Recent Advances of 2D Nanomaterials in the Electrode Materials of Lithium-Ion Batteries | Nano

NanoVol. 14, No. 02, 1930001 (2019)
・近年のリチウムイオン電池における二次元ナノ材料の研究進捗のレビュー。
・二次元ナノ材料は、横方向のサイズが100nmより大きいシート状構造を有し、厚さは単一原子または数原子にすぎない。
・このユニークな構造は、比表面積が大きく、拡散距離が短く、導電性が優れており、電気化学的および熱的安定性など、その優れた特性を備えている。
・このレビューでは1)サイクル性能を向上するグラフェン複合材料(グラフェン修飾LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4など)、 2)より高い理論容量を有するV2O5。 3)良好な熱安定性を提供するLi2MSiO4。 4)その他(共有有機骨格)についてまとめられている。
<元記事>https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S1793292019300019?utm_source=eureka_alert&utm_medium=press_release&utm_campaign=eureka_NANO&

二次元ナノ材料を使うことを電池設計の考え方まで拡張できたら活躍の場が広がるかもしれない。電池設計は、様々な要件をバランスよく達成する必要があり、NGの項目があってはならない。

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20 2月 2019

【論文紹介】Siloxene: A potential layered silicon intercalation anode for Na, Li and K ion batteries – ScienceDirect

出典:https://ars.els-cdn.com/

Journal of Power Sources, Volume 417, Pages 99-107 doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.02.030
・フランスの研究者らは、層状CaSi2から二次元の層状siloxeneを合成した。
・層状ラメラsiloxeneはLi、Na、Kに対して、それぞれ2300、311、203 mAh / gの可逆容量を確認。
・特筆すべきは、シリコンベースの材料でこのような大きな可逆容量を体積変化無しで達成したこと。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775319301478?via=ihub

ナノシート材料としてCaSi2が使われることがある。豊田中研などで盛んに取り組まれていた。CoO2シートを作ろうとしていてNIMSの高田先生が超電導材料を発見したのは有名な話である。

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23 12月 2018

【論文紹介】High-areal-capacity lithium-sulfur cathode achieved by a boron-doped carbon-sulfur aerogel with consecutive core-shell structures – Chemical Communications

出典:https://bioage.typepad.com/

Chem. Commun. doi: 10.1039/C8CC07594H
・LiS電池用S系正極として、コアーシェル構造のホウ素ドープカーボンと硫黄のエアロゲルを提案。
・S系正極の課題である、”ポリスルフィドのシャトル”と”活物質自身の低電気伝導度”を解決すべく、ホウ素(B)ドープ炭素をシェルとし、硫黄球をコアとしたコアシェル構造のエアロゲルを合成。
・このシェルはポリスルフィドを物理的に閉じ込め、高い導電性を有する。
・この活物質を用いたLIS電池は、13.5mg cm2の硫黄目付けで、1326mAh / gの高い比容量を確認。
・500サイクルまで99.8%の高いクーロン効率を示す。
<元記事>https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/CC/C8CC07594H#!divAbstract


◯解説:
http://lithiumion.info/myblog/?p=18810
リンク先の技術は活物質自体の開発で、この論文は硫黄を使いこなすシステムの開発である。
どちらが優位かは実際にプレーヤーが自ら作製・評価して検証して行くしかない。
最近の電池技術の多くは、性能を向上させることが目的のもので唯一無二の方法ではなく対抗技術が存在する。市場を獲得するにはそのような対応技術を把握しておくことが必要である。もしくは、市場が成熟する前に一気に投資して先に採用されるかであろう。最近、中国で後者の傾向が強い。技術的な正しさだけを考えていると競争に負けるようなこともあり得るのではないだろうか。

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23 12月 2018

【コラム】リチウムイオン電池、まだイケる EVで500km走行へ  :日本経済新聞

・1回の充電で東京―大阪間に相当する500キロメートルを走れるリチウムイオン電池技術の開発が活発だ。積水化学工業の技術は突破のメドがたち、旭化成も近づいた。
・いずれも既存の電極を使うことができ、2020年代前半に実用化する見込み。
・経済産業省は電池の性能をフルに使い切る技術開発を支援する。
・世界で電気自動車(EV)化の流れが加速しており、課題だった走行距離が大幅に伸びれば、リチウムイオン電池が主役の時代はまだまだ続きそうだ・・・・
<元記事>https://www.nikkei.com/article/DGXMZO39249780R21C18A2TJM000/


◯解説:
EVで走行距離を伸ばすことが重要だとした時に、電池に求められるのは軽さであり、市場投入の際にはコストと耐久性能である。搭乗性を無視して電池を積めば1000キロでも走れる。しかし電池を積めばその分コストは上がる。一方ガソリン車は走行距離を伸ばしたければタンクを大きくするだけである。
EVの主張していく性能は走行距離や充電性能ではないのではないだろうか?

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20 12月 2018

【ニュース】ADEKA 次世代二次電池向けレアメタルフリー活物質のサンプル提供を開始

・株式会社ADEKAは、次世代二次電池用活物質「硫⻩変性ポリアクリロニトリル」(以下、「SPAN」)の 2020 年度の製品化を目指して、サンプル提供を開始した。
・性能面やレアメタル問題を解決する次世代電池向け活物質として、硫⻩が注目されていたが、充放電時に生成する反応中間体が電解液へ溶出し、寿命を悪化させることから、二次電池向け活物質としては広く実用化には至っていなかった。
・今回、ADEKAはポリアクリロニトリル(PAN)と硫⻩を反応させた SPANが⻑期にわたって安定した電池性能を保持することを確認した。
<元記事>https://www.adeka.co.jp/news/pdf/181217.pdf


◯解説:
硫黄を正極に用いた時の課題の一つに、電解液に溶解すること、だとされている。その問題に取り組む研究開発が多い。解決方法としては、溶解しない材料を開発することと、溶解しないもしくはしてもいい仕組みを開発することに分かれる。今回の成果は前者に対するものである。
この発表もそうであるが、評価基準が曖昧な表現が多い。「⻑期にわたって安定した電池性能を保持する」というのは比較対象があるはずである。基準が市場と関係なく自社で設定したものでないことを期待したい。

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19 12月 2018

【論文紹介】Hierarchical electrode architectures for high energy lithium-chalcogen rechargeable batteries

出典:https://ars.els-cdn.com/

・GMの研究者らによる、リチウム-カルコゲン系二次電池のための導電性フレームワークについて。
・LiS電池やLi-Se電池などのリチウム-カルコゲン系電池は、高い理論的な比容量を有すために注目されているが、ポリスルフィドのシャトル効果や、それ自信の低い導電性などが課題。
・今回、階層的多孔質炭素(SPC)電極を用いることで、カルコゲン系活物質の高い目付量と、カプセル化によるシャトルの抑制、そして高い導電性を有する正極が作製できた。
・この階層的電極構造が比エネルギーを350Wh/kg以上に増加させられる可能性があるとしている。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518305020?via=ihub


◯解説:
LIS電池は、多くの企業がLiイオンを使った電池の究極的なエネルギー密度を実現できると考え取り組んでいる。
大きな課題は耐久性である。
Liイオン電池が比較的耐久性能を得られるのは、ロッキングチェア構造を利用しているからである。これを化学反応をベースにした蓄電システムに変えると耐久性能は極端に悪くなる。この根本的な問題を解決できる研究成果が生まれることを期待したい。

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