成果報告書詳細
管理番号20160000000079
タイトル平成26年度ー平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(燃料電池・蓄電池) 高出力蓄電デバイス用シート電極の技術開発
公開日2016/7/28
報告書年度2014 - 2015
委託先名アイ・エレクトロライト合同会社 学校法人関西大学
プロジェクト番号P10020
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成26年度ー平成27年度成果報告書 新エネルギーベンチャー技術革新事業 新エネルギーベンチャー技術革新事業(燃料電池・蓄電池) 高出力蓄電デバイス用シート電極の技術開発

研究開発項目1.「電極ペーストの材料評価に関する研究開発」平成26年度はラボ試験装置を用いてLNCMを用いた正極水系バインダーとしてのアルギン酸(Powerbinder)の適用を行い経時ゲル化について検討した。本バインダーを用いた処方によれば7日間後でもゲル化することなく安定な塗料が得られた。またpHも大きく上昇することはないことを確認し、目標を達成した。20処方以上の組み合わせを検討し、Powerbinderの最適使用量などの知見を得た。これらの検討で得られた塗料から電極を作成し、単極セルを用いて電極性能を評価した。正極容量として140 mAh/gの目標に対して143 mAh/gを達成した。平成27年度では上記の結果を基に最低4処方について中規模塗工装置による塗工を行った。中規模塗工は順調に行われ、その結果間歇パターンによる電極作成がスムーズに行われることを確認した。これらの電極を加工して1 Ah容量の積層セルを作成し、評価した。その結果、既存技術である有機溶媒系スラリーを用いて作成したセルと比較し、容量特性、レート特性、サイクル特性ともに遜色ないセルが作成できることを実証した。またこれらのセルについて今後の検討課題を見出した。研究開発項目2.「電極材料の探索評価と電気化学特性解析」リチウムイオン二次電池および電気二重層キャパシタ用電極バインダー材料の探索を行った。20種類以上のバインダーを評価し、アルギン酸系とは異なる天然物系バインダーの探索を行った。新規バインダー材料として、カニなどの甲殻類由来の多糖類であるキトサン、動物由来のタンパク質であるゼラチンについて、両系ともアルギン酸に匹敵する電池特性を得た。リチウム電池系では140 mAh/g以上の容量を達成した。電気二重層キャパシタ用活性炭電極については、キトサンやゼラチンバインダーを適用し、安定に作動することを明らかにし、単極重量当たり最大比容量100 F/g、作動電圧3.0 V以上を達成した。またこれらの評価に用いた電極の結着強度はアルギン酸塩と同等、特にゼラチン系については、既存バインダーよりも高いことを確認した。平成27年度では、キトサンおよびゼラチン系について、継続して評価、また、電極組成、製造工程の最適化を行った。キトサン系については、スラリー作製時に添加する酸の選定を行い、安定に作動可能な正極を得ることに成功した。一方で、ゼラチン系については、電極塗布層の強度が圧倒的に高く、工業的にも有望であることを明らかにした。研究開発項目3.「事業化計画の策定」事業化計画の策定においてはエンドユーザー5社に紹介を行い、現在個別にやり取りを行っている。またそのためのインフラ整備として、有識者の助言を得てサンプル供給の秘密保持契約書の整備を行った。
英文要約Title : New energy technology innovative project for venture companies. Development of electrode sheets for high power energy storage devices. (FY2014-FY2015) Final Report

A physical and chemical properties of a cathode coating paint for the lithium ion battery was investigated in i-Electrolyte LLC from industrial view point. An alginate was used as a binder for the cathode active material of LiNi1/3Co1/3Mn1/3 (LNCM) in aqueous system. Generally the aqueous system of the cathode paint is hard to realize because the metal cations are dissolved into water from the active material, and the pH of the paint increases rapidly. This causes the instability of the physical properties of the paint. In typical case, the paint change to a gel. For a preliminary test, 6 kind of coating paint 200g of each were prepared by using Alginate (PowerbinderTM ) as the binder. The paints showed a good stability. Following above laboratory size basic investigation, three kinds of cathode using alginate binder were prepared in pilot scale and the cells were prepared based on those cathodes using natural graphite as an anode. The scale of the experiments was increased to kg order. Existing organic dispersion using PVdF binder was also prepared as a reference. As a result we obtained 1 Ah class Lithium Ion Cell. The performances of the cells in which alginate binder was used have almost same performance with existing technology. In Kansai University, we applied the LNCM positive electrode prepared with the alginate binders to “ionic liquid-based LIBs”. Herein, LNMC positive electrodes with alginate-based binders (Alg-X) containing different counter cations, Na+, Mg2+, and H+, were prepared, and their charge-discharge behavior evaluated in a LiFSI/EMImFSI electrolyte. Both LNMC electrodes maintained their discharge capacity during 40 cycles even at high potential operation, 3.0-4.5 V vs. Li/Li+. The use of the alginate binders enables LNMC to operate with high discharge capacity compared with the LNMC using a conventional binder, PVdF. In addition, using aliginic acid-based binder (Alg-H) achieves high mechanical strength of the LNMC electrode even extremely low binder content (2wt.%), whereas 3-5 wt.% magnesium alginate-based binder was required for providing composite electrode hardly causing crack and having stable structure. Moreover, 10 C-rate charge-discharge operation of LNMC with Alg-H was successfully achieved. We also applied the Alg-H binder to LiNi0.5Mn1.5O4 (LNM), 5 V-class positive electrode. The LNM positive electrode exhibit stable charge-discharge cycling even at higher voltage operation at 4.9 V. Another two natural polymers, chitosan and gelatin, were investigated as a binder for LNMC positive electrode. We successfully prepared and optimized the corresponding LNMC positive electrodes with both binders. Then, charge-discharge measurements reveal that the stable operation of both LNMC electrodes with both binders can be achieved during 50 cycles, which is comparable to that of PVdF. It is also found that the gelatin binder is applicable not to LIBs but also electric double layer capacitors (EDLCs). We proposed an activated carbon-based composite electrode using the gelatin binder. The nonaqueous EDLC cell that contained this electrode showed stable charge-discharge operation even over 3.0 V cell voltage. In commercialization plan we provided samples to 5 big companies with NDA (Non-disclosure agreement).
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る