リチウム-硫黄電池の開発動向とシャトル効果の抑制

第1部 イオン液体を電解液に用いたリチウム-硫黄電池の検討

(2017年10月30日 11:00〜12:40)

　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. 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
   2. 水溶液中のイオン伝導とStokes則の破綻
   3. イオンの水和モデルと構造
   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
   1. 熱力学的方法
   2. 電気化学的方法
   3. 振動分光と量子化学計算
   4. X線・中性子散乱と分子動力学シミュレーション
   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
   1. イオン液体とその分類
   2. 溶媒和イオン液体と超濃厚電解質溶液
   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

第2部 活性炭と硫黄の複合によるリチウム硫黄電池の高出力化

(2017年10月30日 13:35〜14:45)

　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、実用化においては、充放電時に生成するLi2Sx中間体が電解液に溶出して容量が急激に低下するという大きな問題を解決しなければならず、電解液設計の自由度が低い。 　本講演では活性炭のナノスケールの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Li2Sxの溶出を完全に抑制し、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、Li2Sxの溶出を抑制できる活性炭の細孔サイズと電解液溶媒サイズの関係を調査した結果についても紹介したい。

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一般的な電解液 (エーテル系)
4. Li2Sx溶出抑制のための一般的な取り組み
5. Li2Sxの溶出を抑制できる電解液
6. 活性炭を利用した硫黄正極とその反応機構
7. リチウムイオン電池用電解液のリチウム硫黄電池への適用
8. 活性炭を利用した硫黄正極におけるLi2Sxの溶出抑制メカニズム
9. 活性炭を利用したリチウム硫黄電池の出力特性
10. Li2Sxの溶出を抑制できる活性炭の細孔サイズと電解液溶媒サイズの関係
• 質疑応答

第3部 全固体リチウム – 硫黄電池の開発への取り組みと今後の動向

(2017年10月30日 15:00〜16:40)

　エネルギー問題の解決に向けて、高エネルギー密度二次電池の重要性が高まっている。その安全性や信頼性を飛躍的に向上させるには、蓄電池の全固体化が有効であることが広く認識されている。 　ここでは、硫化物ガラス系固体電解質を用いた全固体リチウム – 硫黄系電池に関する研究動向を概説し、その電池の課題と解決に向けたアプローチについて紹介する。特にその高エネルギー密度化にむけた取り組みについて詳しく述べる。

1. はじめに
   1. 全固体電池の研究動向
   2. 無機固体電解質材料の基礎
2. 無機ガラスベース固体電解質を用いた全固体リチウム電池
   1. バルク型全固体リチウムイオン電池の基本構成と課題
   2. 全固体リチウムイオン電池における界面構築
3. 硫化物系固体電解質を用いた全固体リチウム – 硫黄系電池
   1. 硫黄や硫化リチウムとナノカーボンからなる正極複合体
   2. 遷移金属多硫化物系正極複合体
4. 全固体リチウム – 硫黄系電池の高容量化
   1. 固体電解質の活物質化
   2. 活物質のイオン伝導性向上による利用率の増大
5. おわりに
   • まとめと展望
• 質疑応答