カーボンナノチューブを用いた核発生制御による 二次電池用リチウム金属負極の開発

摘要

リチウム(Li)金属負極は高理論容量、低い負極電 位のために高エネルギー密度の負極材料として期待 されている。しかし、この負極は充電時に Li 核発 生点が少ないと樹枝状(デンドライト)成長。これが セパレータを貫通し、短絡の発生や電池の発火を引 き起こす。このため、Li 金属負極は可逆動作や安 全性に課題がある[1]。これらの課題を解決するた めに本研究ではカーボンナノチューブ(Carbon Nanotube: CNT)のスポンジ状自立膜に金属粒子を担 持した三次元スポンジ構造を提案する(図1)。CNT に金属粒子を担持することで、Li 核発生密度が大 きくなり Li デンドライト生成を抑制する。また、 厚さ数100 μm と大過剰な Li 箔を用いる研究が大半 なのに対して、充放電に必要な Li 量のみで可逆動 作させることで、電極質量当たりの高エネルギー密 度化が期待できる。金属粒子として銅粒子を採用し、 軽量な複合電極での可逆的な充放電の実現を図った。