金属リチウム負極を有する次世代高容量二次電池の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650813
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 吉本 信子 山口大学, 工学部, 助手 (30253173)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 正司 山口大学, 工学部, 助教授 (30212856) ; 森田 昌行 山口大学, 工学部, 教授 (70136167)
• Keywords: リチウムニ次電池 / リチウム負極 / 電極 / 電解液界面 / 金属リチウム / 有機電解液 / 電解質塩 / 金属塩添加剤 / 充放電効率

Research Abstract

金属リチウム負極の充放電可逆性を向上させるために,金属リチウムを物理的・化学的に制御し,界面構造の最適化を検討した。本年度は以下の3課題について研究を進めた。
1.金属リチウム負極の化学的界面構造の最適化ならびに正極材料の探索
実用電池により近いリチウム金属箔を負極に用い,Li(C_2F_5SO_2)_2N/PC-DMC電解液に,添加剤としてAlI_3を用いたときの充放電サイクルを,金属塩の添加濃度あるいは放電深度,放電(溶解)/充電(析出)の電流密度を変えることにより検討した。前年度までにAlI_3等の電解液添加剤がLiのサイクル特性を向上させることを明らかにしたが,正極やその他の材料への影響を最小にするために,AlI_3の添加は,初回の1サイクル(放電/充電)の時だけ(これを電極の「前処理」と称する)とした。その結果,A1^<3+>の添加量が増加すると深い放電深度でも前処理効果が表れることがわかった。さらに,前処理を行うと,溶解/析出の電流密度を変化させても高い効率が維持されることがわかった。
2.金属リチウム界面構造・挙動の電気化学的解析
1で得られた効果の違いを,交流インピーダンス測定により考察した。その結果,高い充放電効率を与える系では,金属Liの溶解/析出反応の応答に対応する高周波数領域の半円が,サイクルを繰り返してもサイクル前と比較して,ほとんど増加していないことが確認された。
3.有機電解液中における集電体材料の分極挙動に及ぼす電解質イオン構造の影響
金属Liを使用した際の電解液ならびに正極材料の最適化を考慮にいれて,イミド系電解液中でのアルミニウム正極集電体の分極挙動について検討を行い,電解質塩の違いによる酸化溶解反応の機構を提案した。

Research Products

• [Publications] M.Ishikawa, N.Yoshimoto et al.: "Optimization of Physicochemical Characteristics of a Lithium Anode Interface High-efficiency Cycling : An Effect of Electrolyte Temperature"J. Power Sources. 97-98. 262-264 (2001)
• [Publications] 吉本信子, 石川正司, 森田昌行 他: "リチウムイオン電池用有機電解液中でのアルミのウムの陽分極挙動"表面技術. 52・8. 581-582 (2001)
• [Publications] 石川正司, 吉本信子, 森田昌行 他: "二次電池用リチウム金属負極表面のその場観察-低温前処理の影響-"表面技術. 53・3(印刷中). (2002)
• [Publications] 石川正司, 森田昌行: "「21世紀のリチウム二次電池技術」,第2章4節電解質"(株)シーエムシー出版. 87-115(215) (2002)