有機ポリスルフイドの新輝合成法を基盤とした高容量正極活物質の創製

摘要

電子機器の開発技術は急速に進行中であり,現代社会ではスマ一トフォン等のウェアラブル端末が必需品である.しかし,われわれはこの機器の使用時に充電容量の不足を日常的に感じている.これは,技術進歩した電子デバイスに対応した高容量二次電池の開発が滞っていることが理由である.現在の二次電池の主流となっているリチウムイオン二次電池の負極には,リチウム炭素化合物,正極にはリチウム遷移金属酸化物が用いられているが,この負極を金属リチウムに変更すると大幅な容量拡大が可能であるにも関わらず,革新的な正極材料は出現していない.そのため,負極の金属リチウムに見合う容量密度を示す正極材料の開発が進むと,同一サイズの電池で飛躍的な高容量化が実現できる点に着目して,われわれは有機ジスルフイド化合物にょる電気化学反応を二次電池の正極活物質に用いるための研究開発を進めてきた.ジスルフイドとは硫黄-硫黄間の共有結合であり,その結合部位を電子の受容場所として利用すると,現在の正極活物質(140 Ah/kg前後)ょりも約8倍高い理論容量密度を示す材料になることが分かっている.しかし,有機系の材料を電池の正極活物質に用いるアプロ一チにっいては充放電を繰り返した際の電気化学反応の過程で材料の化学構造を保持する点で課題が残されたままであり,そこがこの分野の材料開発におけるボトルネックになっている.この問題を克服した例としては阪大森田らのトリオキソトリアンギュレンや京大吉田らのテトラオキソピレンを側鎖に有するポリマ一の報告例に限られており,有機基を導入するコスト面も含めると実用化が困難でという認識が一般化されている.しかし,われわれは適切な材料設計を用いて合成した有機ジスルフイド,ポリスルフイドを正極活物質として導入したリチウム二次電池にょり,容量改善を軸とした高機能を有する正極活物質の提案が可能になると,有機材料にょる次世代型二次電池の実用的提案が可能になると考えている.