リチウム二次電池への硫黄系正極の適用技術

リチウムイオン電池正極材として期待される硫黄系電極材料について

4名の専門家が基礎から最新の研究成果、応用技術、問題点と対策まで詳解!


講師


1.東京都市大学工学部 エネルギー化学科 高分子・バイオ化学研究室
 教授 博士(工学) 金澤 昭彦 氏

2.(株)ポリチオン 研究開発部 代表取締役 博士(材料科学) 上町 裕史 氏 

3.新潟大学 自然科学系 教授 博士(理学) 梅林 泰宏 氏


4.関西大学化学生命工学部
 教授 イノベーション創生センター長 工学博士 石川 正司 氏


受講料


1名につき60,000円(消費税抜き・昼食・資料付き)
〔1社2名以上同時申込の場合1名につき55,000円(税抜)〕


プログラム


< 10:00〜11:30>
1.ポリ硫化炭素の合成と正極材応用
東京都市大学 金澤 昭彦 氏 


【講演要旨】
 演者らは、二硫化炭素(CS2)を出発原料として炭素と硫黄が1:1の化学量論的組成をもつポリ硫化炭素の合成法を確立した。この化合物は、硫黄単体の特性を保持しつつ、硫黄含有率が72.7%と高く、π共役構造を有することから、レドックス活性と電子伝導性を併せもつ新規レドックス導電性ポリマーとしてリチウムイオン電池正極材として有望である。実際、一般的なコバルト酸リチウム(LiCoO2)正極活物質より約1桁高い電気容量を示す。本セミナーでは、以下の内容について紹介する。

1.ポリ硫化炭素の合成法と物性評価

2.ポリ硫化炭素のリチウムイオン電池正極材への応用

3.高エネルギー密度化およびサイクル特性改善に向けた材料設計

【質疑応答・名刺交換】



<12:10〜13:40>
2.有機硫黄ポリマーの正極材料応用
(株)ポリチオン 上町 裕史 氏 


【講演要旨】
 大きく2項目の発表を行う予定です。項目1は、有機硫黄ポリマーに関連する電極材料を大分類ー中分類で紹介することにより、電極材料それぞれの区別とポジショニングを行うことで、 当該技術の時系列遷移・特徴・優位点ならびに課題を理解していただく。その後項目2として、有機硫黄ポリマー電極材料の概要と事例説明を行い、具体的な正極応用紹介を行う。最後に、ポリチオンポリマーの概要と研究開発事例の紹介を行う。項目1,2の時間配分は5:5 〜4:6の予定です。

1.有機硫黄ポリマー電極材料の大局的概要(大分類)
 (硫黄系材料、有機系材料の区別とポジショニング)

2.硫黄系電極材料の概要(中分類)
 (硫黄、有機硫黄、有機硫黄ポリマーの区別とポジショニング)

3.有機系電極材料の概要(中分類)
 (導電性高分子、キノン系、イミド系、超分子系の区別とポジショング)

4.有機硫黄ポリマー電極材料の概要(小分類)
 ( Visco型ポリマー、炭素ホスト+Sポリマー、側鎖ポリマー、ポリチオン型ポリマー)

5.有機硫黄ポリマー電極材料の開発事例
 ( Visco型ポリマー、炭素ホスト+Sポリマー、側鎖ポリマー、ポリチオン型ポリマー)

6.ポリチオンポリマーの概要と研究開発

【質疑応答・名刺交換】



<13:50〜15:20>
3.イオン液体を電解液に用いたリチウム-硫黄電池の検討
新潟大学 梅林 泰宏 氏 


【講座概要】
 溶液中のイオンの構造と反応性は、古くから学術的な興味だけでなく、電池、特に電解液の開発とも密接に関係しながら発展してきました。溶液中のイオンを分子論に立脚して体系化する試みは、水溶液に関しては、ほぼ完成したといえます。 しかし、非水溶液やイオン液体といった複雑な系では、未だ不明な点も多く残されています。一方で、次世代高性能電池の電解液開発の観点からは、溶媒和イオン液体のように、従来にはない新たな概念を必要とする液体が提案されています。
 本講座では、溶液中のイオンの構造と反応性、イオン伝導について、古典論から出発し、講師らの最近の成果にいたるまで平易に解説します。

1.溶液中のイオンの溶媒和構造と反応性
 1.1 溶液中のイオン−溶媒およびイオン間相互作用の連続体モデル
 1.2 水溶液中のイオン伝導とStokes則の破綻
 1.3 イオンの水和モデルと構造
 1.4 非水溶液中のイオン溶媒和構造と反応性

2.溶液中のイオンのスペシエーション分析
 2.1 熱力学的方法
 2.2 電気化学的方法
 2.3 振動分光と量子化学計算
 2.4 X線・中性子散乱と分子動力学シミュレーション
 2.5 X線吸収端微細構造(XAFS)

3.リチウム−硫黄電池電解液としてのリチウム−グライム錯体系溶媒和イオン液体
 3.1 イオン液体とその分類
 3.2 溶媒和イオン液体と超濃厚電解質溶液
 3.3 リチウム-グライム系溶媒和イオン液体中のリチウム局所構造とリチウムイオン伝導

【質疑応答・名刺交換】



<15:30〜17:00>
4.硫黄の高充填を目指した多孔性活性炭を用いた硫黄正極の開発
関西大学 石川 正司 氏 


【講座概要】
 硫黄は従来のリチウムイオン電池に用いられる正極材料と比較して、約10 倍の理論容量を持っており、リチウム硫黄電池は次世代高容量二次電池として期待されている。しかし、充放電反応の中間体であるポリスルフィドが電解液に溶出し、容量が急激に低下する問題を解決しなければならず、これの不溶化のための電解液には設計の自由度が低いことが問題になっている。
 本講演では活性炭のナノサイズ細孔内に硫黄を充填し、電解液と硫黄の接触を防ぐことでポリスルフイド溶出を抑制し、電解液の選択の幅を広げて出力特性を向上させる試みについて紹介する。また、このような多孔性炭素と硫黄複合電極に適した電解液設計についても論ずる。

1.硫黄正極について

2.リチウム硫黄電池の特徴と問題点

3.リチウム硫黄電池における電解液

4.多孔性炭素と硫黄の複合電極

5.ミクロ多孔性炭素の調製

6.ミクロ多孔性炭素と硫黄の複合電極

7.ヘテロ元素含有活性炭を利用した硫黄正極

8.硫黄正極を安定化させる電解液

9.さらなる高性能化の為に

【質疑応答・名刺交換】


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