長尺カーボンナノチューブ（L-CNT）の高エネルギー密度パウチ型リチウムイオン電池への導電性材料としての応用

Applications of Long-Length Carbon Nano-Tube (L-CNT) as Conductive Materials in High Energy Density Pouch Type Lithium Ion Batteries.

• Shan-Ho Tsai
• Ying-Ru Chen
• Yi-Lin Tsou
• Tseng-Lung Chang
• Hong-Zheng Lai
• Chi-Young Lee

抄録

リチウムイオン電池（LIB）の多くの製品には、正極活物質としてリチウム金属酸化物LiNiCoMnO（LNCM）が使用されています。この酸化物は表面が安定しているため、電池内での抵抗値が高くなります。このため、アセチレンブラックやカーボンブラックなどの導電性炭素系材料が電極に必要な部材となっている。最近では、ＬＩＢの導電性カーボンとしてカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）が登場している。しかし、活物質としての容量が得られない導電性カーボンを大量に使用すると、電池のエネルギー密度が低下する。また、CNTは従来のカーボンブラックに比べて超高コストであることも問題である。本研究では、長尺カーボンナノチューブs(L-CNT)を電極に導入し、低容量の導電性カーボン電極を設計する。実験は全て1Ah市販のパウチLIBで行う。導電性炭素を減少させ、正極中の活物質を増加させることで、LNCMを用いた1Ahパウチ型LIBのエネルギー密度は、LNCM正極中にL-CNTを0.16%しか含まないため、重量で224Wh/kg、体積で549Wh/Lに達することができた。さらに、このようなL-CNTを用いた高エネルギー密度のLIBは、安定したサイクリング性を有しており、携帯機器や電気自動車（EV）への応用が期待されています。

Lots of lithium ion battery (LIB) products contain lithium metal oxide LiNiCoMnO (LNCM) as the positive electrode's active material. The stable surface of this oxide results in high resistivity in the battery. For this reason, conductive carbon-based materials, including acetylene black and carbon black, become necessary components in electrodes. Recently, carbon nano-tube (CNT) has appeared as a popular choice for the conductive carbon in LIB. However, a large quantity of the conductive carbon, which cannot provide capacity as the active material, will decrease the energy density of batteries. The ultra-high cost of CNT, compared to conventional carbon black, is also a problem. In this work, we are going to introduce long-length carbon nano-tube s(L-CNT) into electrodes in order to design a reduced-amount conductive carbon electrode. The whole experiment will be done in a 1Ah commercial type pouch LIB. By decreasing conductive carbon as well as increasing the active material in the positive electrode, the energy density of the LNCM-based 1Ah pouch type LIB, with only 0.16% of L-CNT inside the LNCM positive electrode, could reach 224 Wh/kg and 549 Wh/L, in weight and volume energy density, respectively. Further, this high energy density LIB with L-CNT offers stable cyclability, which may constitute valuable progress in portable devices and electric vehicle (EV) applications.