【公開日：2023.08.01】【最終更新日：2023.05.26】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22KU0036
利用課題名 / Title
高入出力特性を有する穴あきリチウムイオン電池正極の電子顕微鏡を用いた特性向上の原因究明
利用した実施機関 / Support Institute
九州大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/Electron microscopy,イオンミリング/Ion milling,二次電池/ Secondary battery
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
松本 太
所属名 / Affiliation
神奈川大学工学部物質生命化学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
阿内 三成
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術補助/Technical Assistance（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
リチウムイオン電池(LIB)は至る所で使用されているが、更なる性能の向上が強く求められている。本研究グループではLIB用電極へピコ秒パルスレーザーを用いて穴あけ加工を行うこと、従来の電極に比較して高電流密度での充放電における性能の低下が見られない性能を示すことを明らかにしている。この技術を実際のLIBの製造工程に適用するには穴あけ加工を高速で行う装置の開発が必要である。我々は最近新しいレーザー加工装置を用いて、レーザーの1ショットで穴を正確に開けられる技術を確立した。この装置で作製した電極の構造をFIB-SEMを用いて確認することが本研究の目的である。
実験 / Experimental
正極活物質LiFePO4：Acetylene Black (AB) : ポリフッ化ビニリデン( PVdF ) = 86 : 7 : 7の重量割合でAl集電体に両面塗工し、電極を作製した。ピコ秒パルスレーザーを用いて開口率1 %及び開口径20 µmとなるように貫通・非貫通加工を施した。各電極を用いてラミネート電池を作製し、レート試験を行った。電池の評価は、各Cレートにおけるレート試験結果から容量保持率を算出し、電池性能を比較した。
結果と考察 / Results and Discussion
新しいレーザー加工装置を用いて電極に穴を開けた電極の断面SEM像をFig.1に示す。デザイン通りに貫通孔がレーザービームの1ショットで貫通孔が空いていることを確認している。また、EDS測定(Fig.2)により、集電箔の材料であるアルミニウム元素が電極活物質層表面などに付着していないことを確認している。これまでのピコ秒パルスレーザーの複数回のショットで穴を開けていった場合に見られるアルミニウム元素が電極活物質層上に見られなくなっている。電極活物質層上に異物が残ることはLIBの作動中に短絡による発火の危険性があることから市販の電池では絶対に避けなければならないことである。開発された装置でのレーザー加工では異物の残留が起こらないことが確認できた。また、この電極はこれまで報告しているような高電流密度での充放電による電極性能の低下が見られない電極となっていることを充放電試験から確認できている。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1
Fig.2
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件