In situ analysis of lithium coordination structure at electrode-electrolyte interface in polymer electrolyte
| Project/Area Number |
20J14784
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
崔 亮秀 山口大学, 創成科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 電解質 / 機能性ポリマー / 配位構造 / 電極-電解質界面 / オペランド赤外分光測定 / 分子動力学法 / 赤外分光法 |
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| Outline of Research at the Start |
種々の電子機器に用いられているリチウムイオン電池であるが、電解質に用いられている有機溶媒は可燃性であり、安全性に懸念がある。そこで、有機溶媒の代替としてポリマー材料の電解質への適用が期待されている。この研究では電極-ポリマー電解質界面で起こる電池反応と、ナノオーダーで形成されるポリマーの局所構造との相関を明らかにすることで、電池反応を促進するポリマー構造の最適化を目指す研究である。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、リチウムイオン電池の発火事故の一因である可燃性電解質を、より安全なポリマー材料を用いた電解質（ポリマー電解質）へ代替することを目的とする。未だ実用レベルにないポリマー電解質の特性の中でも、電極-電解質界面で起こる電気化学反応特性については知見が不足している。そこで、ポリマー分子が形成する局所構造が電極-ポリマー電解質界面での電気化学反応へ与える影響の解明を行った。
当該年度では、1)リチウム電極-ポリマー電解質界面での局所構造変化の追跡、及び2)ポリマー電解質組成による局所構造のコントロールについて検討した。
電極界面での局所構造解析では、手法確立のためにシンプルな反応系であるリチウム電極-ポリエチレンオキシド（PEO）電解質界面を対象とした。特製の赤外分光（IR）電気化学セルにより、電気化学反応中の電極界面で起こる局所構造変化の追跡に成功した。特に、電極表面のX線光電子分法測定（XPS）の結果と合わせることで、重要な界面反応の一つである固体電解質界面（SEI）層の形成反応に対する電解質構造の影響を解明できたことは大きい。本検討で確立した解析手法は、電極界面の直接的な局所構造解析を可能にし、また本結果はSEIデザインに基づく新たなポリマー電解質設計指針を提示する研究成果である。
電解質組成と局所構造の相関性の解明のために、種々のポリマー分子構造、及び添加するイオン種の種類・組成を有したポリマー電解質へ、前年度に確立した分光学的手法と計算機による分子動力学（MD）シミュレーションを組み合わせた局所構造解析手法を適用した。これにより、電解質内部の相互作用性に相関して、バルクの局所構造をコントロールできることを見出した。本研究成果を当該年度で確立した電極界面の構造解析へと展開することで、電極界面での局所構造をコントロールできる電解質設計指針の構築へと貢献することが期待できる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
