| Project/Area Number |
20H02823
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
Fujii Kenta 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (20432883)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松上 優 熊本高等専門学校, リベラルアーツ系理数グループ, 准教授 (50455177)
片山 祐 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70819284)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2020: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | Liイオン電池 / 電解質溶液 / 超濃厚電解液 / 溶液構造解析 / イオン秩序構造 / イオン溶媒和 / 構造解析 / 電池電極反応 / 構造秩序化 / 濃厚電解液 / リチウムイオン電池 / 放射光散乱実験 / MDシミュレーション / 電極/電解液界面 |
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| Outline of Research at the Start |
Liイオン電池用超濃厚電解液を「Liイオン・対アニオン・溶媒分子」からなる３成分溶液として捉え、３成分間の相互作用により規定される「Liイオンの集合様態」を制御することで電解液の機能を高度に設計する。まず、バルクで形成するLiイオンのナノスケール集合体を構造と自由エネルギーの二軸で定量化し、集合様態を制御するための支配因子を特定する。次に、電位を制御しながら電極/電解液界面をその場分光観測することで、界面に特有のLiイオン集合様態を解明する。各種電気化学測定により電池特性を調べ、電極反応に及ぼす集合様態制御の効果を明らかにする。
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| Outline of Final Research Achievements |
We investigated structural and electrochemical properties of highly concentrated Li-ion battery (LIB) electrolytes via both experimental and theoretical techniques. Major topics were shown below.
(1) Structural and thermodynamic properties of Li ion-ordered complexes in highly concentrated electrolytes were investigated by experimental (mainly, X-ray scattering and vibrational spectroscopy) and all-atom molecular dynamics (MD) simulations. (2) in-situ SEIRA spectra were measured for highly concentrated electrolyte to elucidate the electrode/electrolyte interface structure, and the results were compared with those from MD simulations. (3) LIB performance of the highly concentrated electrolytes was evaluated via systematic electrochemical measurements for commonly used LIB electrode materials to optimize electrolyte composition.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
高濃度のLi塩を溶解した超濃厚電解液の構造およびエネルギー的特性を分子レベルで解明し、Liイオン電池電解液の性能を分子レベルで設計することを目的とした基礎研究を遂行した。超濃厚電解液のバルク構造および電極界面構造を実験・理論の両面から調べた結果、超濃厚化に伴うLiイオンの秩序構造形成が電気化学特性と密接に関係しており、その構造秩序性は塩濃度に加えて、溶媒分子の特徴（主に、分子サイズと電子対供与性）に強く依存することを見出した。これらの結果に基づき、溶液化学的観点で超濃厚電解液の特性を制御することが電池電極反応のメカニズム解明、引いては、電池特性の向上に有効であることを指摘した。
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