高入出力・高容量なリチウムイオン電池用炭素負極材の開発

新規LIB用炭素系負極材グラフェンライクグラファイト(GLG)とは？

10 30 50 70 90

50 52 54 56 58 60 80 82 84 86 88 90

40 42 44 46 48 5074 76 78 80 82

002 100101

004

112

110

*

**

* *

*

* *

*

*: Silicon

2θ / deg.CuKα

Inte

nsi

ty,a

.u.

GLG

5μm5μm

原料黒鉛 GLG

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

Li/O=3

O/C ratio

Cap

acit

y /

mA

h/g

水素処理試料

酸素処理試料

空気処理試料

Li/O=1

電気化学特性

形態、表面積、層間距離、積層構造は黒鉛とほぼ同じであるが、グラフェンに似た優れたリチウムイオンの貯蔵挙動を示す炭素材料

酸化 熱還元

黒鉛と同様の3次元規則的な積層

1-5nmのナノ孔

GLGの構造モデル

520 530 540 550 560

GO

TrGO300

TrGO900

No

rmal

ized

inte

nsi

ty

Photon energy / eV

GOGLG300GLG900

OHC-O

C=O

C-O

Electrochemistry,

2015

放射光XANES (OK)

炭素面内にC-O-Cの形で組み込まれた酸素が存在

0

1

2

0 200 400 600 800 1000 1200

7007558009009501000

Capacity / mAh/g

Cel

l volt

age

/ V

・ グラフェンと類似の充放電カーブ・ 熱還元温度の低下（酸素含有量の増加）とともに高電圧領域の容量が増加

・ 酸素量の増加とともに放電容量が増加し最大で670 mAh/gに達する。・ 処理条件等により異なる傾きで容量が変化→複数の活性の異なる酸素が存在

熱還元温度

高入出力・高容量なリチウムイオン電池用炭素負極材の開発

入出力・サイクル特性（フルセル） Electrolyte: 1M LiPF6 EC/DEC:3/7Cathode: NCM111

・フルセルに適用した場合高い入力特性を示し、サイクル特性も良好

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1 1 10

●GLG700（未反応黒鉛なし）●GLG700（未反応黒鉛有）●GLG700（未反応黒鉛有）：LIFSA系*

*：0.6MLiFSI+0.4MLiPF6/EC+DMC+EMC（2/4/2）

Full-cell discharge rate / C

Cap

acit

y re

ten

tio

n /

%

Q(6C)/Q(0.1C)=81%

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 2 4 6 8 10 12 14

初期充放電6C-1st6C-10th6C-100th6C-300th6C-500th6C-1000th

Capacity / mAh

Cel

l vo

ltag

e /

V高速充電特性

・安全性が高い（リチウムデンドライトが生成しにくい）

・初期に幾分容量が低下するが、10サイクル後にはアモルファス化し容量はほぼ一定となる。

0

200

400

600

800

1000

0 200 400 600 800 1000

Cap

acit

y /

mA

h g

−1

Time / s

GLG700, 0 V

GLG700, -0.1 V

Graphite, 0 V

Graphite, -0.1 V

95 mV132 mV

黒鉛は自己放電する（Stage 遷移）

GLG：短時間で大きな充電容量

黒鉛ではLi 析出による低い電位

断面観察でもリチウムデンドライトが見えるところがある

Graphite GLG

サイクル特性

50

60

70

80

90

100

0

100

200

300

400

500

600

700

0 5 10 15 20 25 30

discharge capacity

efficiencyCap

acit

y /

mA

h/g

Co

ulo

mb

icefficien

cy/

%

Cycle number / -15 20 25 30

Inte

nsi

ty,a.

u.

pristine

charged

discharged

2θ / deg. CuKα

・0.1C

リチウム

10サイクル後の構造