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2015年10月10日 震災から復旧 米沢高等工業学校本館
赤間 未…

高速マンガン酸リチウムを使った電池の内部抵抗の支配要因

1.緒言 充電を短時間で済ませ、大電流を取り出せることはずっと期待され続けてきた。活物質の種類で高速性に差があるのか?それはなぜか?マンガン酸リチウムの高速性の本質の解明を目的とし、電池の内部抵抗の支配要因を解析するためのデータを収集した。 2.実験方法 金線(φ= 0.3 mm)に高速マンガン酸リチウムを打ち込み、対極ステンレス板、参照極銀塩化銀電極、電解液に6M 硝酸リチウム水溶液を用いて3極式セルを作成した。作成したセルが1.0 V vs. AgCl | Ag、になるまで40μAを通電した。その後にセルの電位平坦部が観察されるように周波数、振幅を変えながら、ハイレートで矩形波を通電した。電位波形の観察にはデジタルオシロスコープを使った。また40μAのローレートで充放電しながら電流遮断による電位変化の観察を行った。電流遮断は、7.5秒通電、2.5秒遮断を繰り返した。水の分解を考慮し1.5V vs. AgCl | Ag以上に達したら、あるいは電位が急上昇したら電流を反転させた。その後電流値を変えて測定した。         

赤間 未行伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,第59回電池討論会 (2018).

交流インピーダンス法による活物質表面極性の評価

1.緒言 自然エネルギーの利用や電気自動車の普及により、大容量かつ高出力の二次電池が必要とされている。それに伴い高速反応可能なマンガン酸リチウムが期待されているが、なぜ高速なのかは明らかになっていない。また同じ結晶構造を持つマンガン酸リチウムでもその出力特性は大きく異なる。そこで本研究では、活物質の高速性がその表面極性にあるのではないかと考え、その誘電率と電池性能の関係について調べた。 2.実験方法 試料極としてAl箔(A1085,厚み30μm,リチウム電池正極用)またはCコート箔(トーヤルカーボ,東洋アルミ)に活物質として2種類のLiMn2O4(以下LMO(A)、LMO(B)と略す)、LiCoO2(以下LCOと略す)、Li2TiO3(以下LTOと略す)を載せて作成した。対極にはAl箔とCコート箔をφ=11 mm皮ポンチ(アークランドサカモト,JAN4904781164622)で打ち抜き、φ=11 mmの円形のアルミニウム箔を用いた。評価用セルは試料極の上に対極を載せて洗濯ばさみで挟んでまな板スタンドに保持して組み立てた。セパレータは使用していない。集電体にはφ=11 mm

赤間 未行, 村形祥太郎, 立花 和宏伊藤 智博仁科 辰夫 ,第59回電池討論会 (2018).

電池活物質の種類が集電体アルミニウム表面の接触抵抗に及ぼす影響

電池活物質の種類が集電体アルミニウム表面の接触抵抗に及ぼす影響 (山形大学院理工1,山形大工2)○赤間未行1,大前国生2,伊藤智博1,立花和宏1,仁科辰夫1 キーワード[リチウムイオン二次電池、正極集電体、アルミニウム酸化被膜、活物質、接触抵抗] 1.緒言 アルミニウムは導電率が銀、銅、金に次いで高く、安価で軽量なためリチウムイオン二次電池正極集電体として使われている。しかし、表面に存在する強固な酸化被膜と合材との接触抵抗が高出力化を妨げている。 筆者らは有機電解液中でアルミニウム酸化被膜と合材の接触抵抗の関係を調べ、合材に含まれる活物質の誘電率とアルミニウム酸化被膜の厚みから式(1)のように定式化している。 R_c= (ρ_0 ∑_i??C_i χ_ei+ ρ_0 ?)(d+ d_0 ) (1) R_c : 接触抵抗/Ωm^2 ρ_0 : 抵抗率/Ωm C_i : 寄与率/- χ_ei : 電気感受率/- d : アルミニウム酸化被膜厚み/m d_0 : アルミニウム自然酸化被膜厚み/m また筆者らは、リチウムイオン二次電池正極活物質が水溶液系でも

赤間 未行伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,表面技術協会第138回講演大会 (2018).

有限要素法による活物質と電池材料との接触モデルの導電ネットワーク解析

有限要素法による活物質と電池材料との接触モデルの導電ネットワーク解析 (山大工1・山大院理工2・山形大学術3)  ○大前国生1, 小森至1, 赤間未行2, 伊藤智博3, 立花和宏3, 仁科辰夫3 【緒言】 マクスウェルの電磁方程式を有限要素法(FEM)で解くことができる汎用的なFEMソフトウェアが市販されている.しかし、これらのソフトウェアを使用して電池分野において状態分布解析に用いられた例は少ない.特に、ヘルムホルツやsternモデルの界面電位差については汎用的なFEMソフトを用いて計算した報告はない.本研究では汎用的なFEMソフトを用いて活物質と電池材料との接触モデルの電位分布から導電ネットワークの解析を試みたので報告する. 【実験】 3DCADを用いて電極近傍の界面モデルや活物質と集電体との接触モデルを作成した.CADデータはParasolid形式に変換され,FEM解析ソフト(ADINA-EM)で,有限要素解析をした。界面電位差を有限要素法で再現するために,界面電位部分の物性値の抵抗率を変えた. 【結果】 図1にFEM解析よって得られた電解液-界面電位差-正極材の

,  小森至, 赤間 未行伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,平成30年度 化学系学協会東北大会 (2018).

交流インピーダンス法による炭素分散PVDF/NMP溶液の導電ネットワーク解析

リチウムイオン二次電池の合剤スラリーの調整には、PVDF/NMP溶液などの分散溶媒が必要である。しかしながらPVDFやNMPなどにどのような物性が求められているのか明らかとは言えない。そこで、合剤スラリーの分散溶媒の交流インピーダンス法によって測定し、そのオートプロトリシスの可能性や高分子のコンフォメーションについて解明する。

赤間 未行伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,2018年電気化学秋季大会 (2018).

アルミニウム集電体の不働態皮膜が水溶液酸素発生に及ぼす影響

アルミニウム集電体の不働態皮膜が水溶液酸素発生に及ぼす影響  (山形大)赤間未行、伊藤智博、立花和宏、仁科辰夫

赤間 未行伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,第34回ARS松島コンファレンス (2017).

水系電解液による酸素発生とリチウムイオン二次電池正極活物質の関係

リチウムイオン電池の正極活物質の評価には有機電解液が用いられる。しかし、有機電解液は高価でアルゴン雰囲気下で取り扱う必要がある。そのため筆者らは水系電解液中で正極活物質を安価で簡便に評価できないか試みた。水系電解液中で最も懸念すべきことは ⇒#37@表;

赤間 未行黒澤 大輝, 仁科辰夫 , 立花和宏, 伊藤智博 ,2017年電気化学秋季大会 (2017).

2V級水系リチウム電池における正極集電体金属酸化皮膜とバインダーの関係

2V級水系リチウム電池における正極集電体金属酸化皮膜とバインダーの関係 (山形大工1,山形大院理工2) ○赤間未行1,本田アンドレイ1,黒澤大輝2,伊藤智博2,立花和宏2,仁科辰夫2 【緒言】黒澤らは2V級水系リチウム電池において正極集電体酸化皮膜が電池の内部抵抗に及ぼす影響について研究し、用いる集電体金属の種類でスラリーとの密着性が異なることを述べている。 1)そこで本研究では特に、スラリーを構成する活物質と金属表面との密着性およびバインダーの関係を明らかにすることで最適な表面状態とバインダーの選択を提案することを目的とした。            【実験】前処理、前処理なしおよび化成したアルミ線(約2 cm)それぞれに、活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2を打ち込み、その上からバインダーをコーティング(ディップ塗工)した。対極に亜鉛、参照極に銀塩化銀を用いて3極式セルを組み、ポテンショスタット、ファンクションジェネレータを用いて掃引速度5 mV/secでCV測定を行った。 【結果】        表1 前処理の有無とPVDFコーティングの有無による

赤間 未行, 本田アンドレイ, 黒澤 大輝伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,第33回金属のアノード酸化皮膜の機能化部会(ARS)熱海コンファレンス (2016).

水の存在下でのリチウムイオン電池に使われるバインダーの働き

3N02 水の存在下でのリチウムイオン電池に使われるバインダーの働き The Functions of the Binder used in Lithium Ion Battery in the Presence of Water ○赤間未行1,黒澤大輝1,仁科辰夫2,立花和宏2,伊藤智博2,(山形大工1,山形大院理工2) Miyuki Akama,1 Daiki Kurosawa,2 Tatsuo Nishina,2 Kazuhiro Tachibana,2 Tomohiro Ito,2(Yamagata Univ.,1 何だ?2) 1.目的 (見出し, MSゴシック 10 pt)  リチウムイオン電池用の正極活物質を評価には、有機電解液が使われる。しかし有機電解液は高価で、アルゴン雰囲気で取り扱わねばならない。そのため筆者らは正極活物質の水系電解液中での評価を試みたところ、水の存在下での正極活物質の反応にバインダーが深く関わっていることを見出した。そこで本研究では水の存在下での正極活物質の反応に対するバインダーの働きを調べることを

赤間 未行黒澤 大輝仁科 辰夫立花 和宏伊藤 智博 ,電気化学会第84回大会 (2017).

2V級水系リチウム電池におけるバインダーの最適設計

黒澤らはNMCやコバルト酸リチウムを使用したリチウムイオン二次電池の正極を使用し,負極に亜鉛を使用することで水溶液中で2Vを超える起電力を持つ2V級水系リチウム電池を実現できると報告している. 下記の3つの電池式のセルを組み,OCVから2.2V(または2.5V)までLSV測定を行った. 1. Au|6M LiNO3aq|Zn vs. Ag/AgCl 2. Au|NMC|6M LiNO3aq|Zn vs. Ag/AgCl 3. Au|NMC|PVDF|6M LiNO3aq|SUS vs. Ag/AgCl 1のセルでは,2.0V付近から電流が立ち上がり,水の分解に伴う電流の上昇が観察され,2.2Vでは10mA程度の電流がながれ,金電極表面には気泡が観察された. 2のセルでは,0.6V付近からリチウムイオンの脱離に伴う0.1~1.0mAの観察され,1.8V付近から水の分解に伴う電流の上昇が観察され,2.2Vでは10mA程度の電流がながれた. 3のPVDFを塗ったセルでは,0.6V付近からリチウムイオンの脱離に伴う電流上昇が観測され,1.5V付近で3.0mAのピーク電流

赤間 未行黒澤 大輝伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,平成28年度 化学系学協会東北大会 (2016).

3Dプリンターを使ったアノード酸化高電場ホッピングモデル教材の作成

3Dプリンターを使ったアノード酸化高電場ホッピングモデル教材の作成 ○本田アンドレイ1,赤間未行1,関口理希2 ,伊藤智博2,立花和宏2,仁科辰夫2 ・アノード酸化高電場ホッピングモデルを作成し説明できたものの、水などの液体が樹脂の隙間から漏れる。 ・ハニカム構造も格子構造も水を入れると次第に模型から漏れ出すことから、模型の構造のFillの割合を上げる。模型に撥水剤をかける。 ・3Dプリンターのひとつの実用化として、目で見て触れて理解する教材作りに活かせるのではないかと考える。

○本田アンドレイ, 赤間未行, 関口理希 , 伊藤 智博立花 和宏仁科 辰夫 ,第33回金属のアノード酸化皮膜の機能化部会(ARS)熱海コンファレンス (2016).