持続可能かつ豊かで便利な社会の実現に向けて、軽量二次電池への期待は大きい。特に、メタルフリーで資源的制約が少ない硫黄系正極活物質とLi金属負極を組み合わせたリチウム-硫黄二次電池 (Li-S二次電池) は、SDGs達成のキーとなる次世代軽量電池の1つとして注目されている。
本講座では、硫黄系正極活物質ならびにLi-S二次電池の基礎から応用までを概説する。特に硫黄系ポリマー正極活物質の1つである「硫黄変性ポリアクリロニトリル (SPAN) 」の特徴について詳細に紹介し、Li-S二次電池の軽量化や長寿命化の設計指針、軽量パウチセルの試作と実証試験の例、安全性、ならびに全固体Li-S二次電池やポストLiイオン二次電池への適用についても説明する。
- リチウムイオン二次電池 (LIB) とリチウム-硫黄二次電池 (Li-S二次電池)
- LIBの構成と市場
- Li-S二次電池の構成
- ユビキタスな硫黄
- Li-S二次電池の市場予測とメーカー開発動向
- Li-S二次電池のプレイヤー
- Li-S二次電池に関する国プロ
- Li-S二次電池の市場予測
- 硫黄系正極活物質の基礎と種類
- 硫黄活物質の充放電特性と課題
- 硫黄-炭素複合系活物質
- 硫黄系ポリマー活物質
- 硫黄変性系活物質
- 硫黄変性ポリアクリロニトリル (SPAN)
- SPANの合成、歴史、基礎物性
- SPANの充放電特性
- SPANの膨張収縮と電極設計
- SPAN正極を用いたLi-S (Li-SPAN) 二次電池セルの特性
- コインセル試験
- Li金属負極の劣化
- パウチセル試験
- 軽量Li-SPANパウチセルの設計と特性
- 軽量Li-SPANパウチセルの試作
- ドローンフライトの実証
- 超軽量Li-SPANパウチセル (700-800 Wh/kg) への挑戦
- LIBおよびLi-SPANパウチセルの安全性
- LIBの事故例とセルの安全性試験
- Li-SPANパウチセルの安全性試験 (釘刺し、圧壊)
- SPAN正極およびLi金属負極と水との反応
- SPAN正極の全固体Li-S二次電池への適用
- SPANとポリマー系固体電解質との組合せ
- SPANと硫化物系固体電解質との組合せ
- SPAN正極を用いたポストLiイオン二次電池の可能性
- 結言
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