HOME 教育状況公表 令和3年5月8日

08. セラミックス材料~正極活物質と導電助材の働き~

山形大学  理工学研究科(工学系)  物質化学工学専攻  仁科辰夫・立花和宏

エネルギー化学特論 Web Class syllabus 56339 4-211 C1
75 セラミックスの種類
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3000℃が作る航空部材―窯業―

酸化剤として使える固体は、酸化物が多い。必然的にセラミックスを使うことになる。 金属を使った電極は、充電時に形状を元に戻すことが極めて困難。

スラリーを使った成形

分極の種類とイオン結合

 化学結合の種類
結合の種類 結晶 性質や特色 物質の例
イオン結合 イオン結晶 固体は 導電率が小さい(絶縁体)。水溶液や溶融塩は 導電率が大きい。 (キャリア:イオン)。 塩化ナトリウム、塩化銀、水酸化ナトリウム
共有結合 分子結晶 分子式 で表す。融点沸点は低い。 酸素、アンモニア、水、ドライアイス
共有結合の結晶 黒鉛や導電性高分子は、例外的に電気を通す。 ダイヤモンド、 黒鉛、 ケイ素水晶 、石英
金属結合 金属の結晶 導電率 が大きい(キャリア:自由電子)。 銅、亜鉛、アルミニウム、 リチウム

バルクの分極


208
金属の結晶
©K.Tachibana

204
静電誘導(概念図)
©

205
静電誘導(電位プロファイル)
©Miyuki Akama

209
イオン結晶
©K.Tachibana

206
誘電分極(概念図)
©Miyuki Akama

207
誘電分極(電位プロファイル)
©Miyuki Akama

74
電位プロファイル―正極と負極-
©K. Tachibana
バンド伝導とホッピング伝導

物質の誘電率について 出典:山本電機工業

正極活物質

正極合材は、正極活物質、導電助材、結着材を正極集電体に塗布乾燥して正極とする。

コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、リン鉄酸リチウムリン酸鉄リチウム1)、EMD二酸化マンガン(IC21)、ニッケル酸リチウム、酸化銀、酸化銅など。

リチウムイオン二次電池の活物質は、数ミクロンから数10ミクロンの粒径を持つものが実用化に適している。粒径が大きいとリチウムイオンの拡散が間に合わなくなり、粒径が小さいと比表面積が大きくなって導電助材やバインダーの量が増えて、電池容量が小さくなってしまうからである。


炭素材料と導電助材

電気二重層容量の測定

卒業研究炭素材料

負極活物質としての炭素材料は炭素への層間化合物として使われます。 グラファイト系の炭素材料です。 ソフトカーボン ハードカーボン

炭素材料の表面は炭素ではありません。 表面の極性は電池性能に大きく影響を及ぼします。

まきちゃんの学会発表

次回

金属材料~負極活物質と集電体の働き~
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平常演習 Web Class
黒鉛や二酸化マンガンはなぜ黒いか?
エネルギー化学特論 電気化学特論
  1. エネルギーの種類と物質
  2. 電解工業と電気化学
  3. 電池の起電力と分解電圧
  4. 電気エネルギーと物質~電池の系譜~
  5. 電池の内部抵抗と過電圧
  6. 二次電池とキャパシタ
  7. リチウムイオン二次電池の構造
  8. セラミックス材料~正極活物質と導電助材の働き~
  9. 金属材料~負極活物質と集電体の働き~
  10. 有機材料~リチウム電池の電解液~
  11. 高分子材料~リチウム電池のバインダーやセパレータの働き~
  12. 化学工学とリチウム電池~分散・スラリーの作成と塗布乾燥~
  13. サイクリックボルタンメトリーによる電池やキャパシタの評価
  14. 交流インピーダンス法による電池やキャパシタの評価
  15. 電池やキャパシタのマネジメント~BMSやスマートグリッド~


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