イミド系室温溶融塩を用いたリチウム二次電池用難燃性電解液の開発

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16750165
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 片山 靖 慶應義塾大学, 理工学部, 講師 (50286639)
• Keywords: 室温熔融塩 / イオン液体 / リチウムイオン二次電池 / リチウム析出 / グラファイト負極

Research Abstract

疎水性,難燃性,不揮発性の室温溶融塩として1-n-ブチル-レメチルピロリジニウムビス(トリフルオロメチルスルフォニル).イミド,BMPTFSI中におけるNi上へのLi析出反応およびグラファイトへのLi挿入について検討を行った.
Ni上のサイクリックボルタモグラム(CV)では,エチレンカーボネート(EC)を添加しない場合,BMP^+の分解電位よりも低い電位域でBMP^+の還元電流が観測され,Liの析出・再溶解が認められた.ECを添加するとBMP^+の還元電流はほとんど認められずLiの析出・再溶解の電流のみが明瞭に現れた.このことからBMP^+の還元分解またはECの共存によってBMP^+の還元を抑制するSEI膜が電極表面上に生成し,Liの析出・再溶解が可能になると考えられる.また,グラファイト電極を用いた場合は,ECを添加しない場合はBMP^+の挿入が起こるが,ECの添加によってLi挿入が可能になることがわかった.
次に,予めSEI膜を形成させた電極をEC未添加の1MLiTFSI/BMPTFSI中に移し,その負極反応について検討した.1MLiTFSI/EC: PC(プロピレンカーボネート)=1:1(vol%)中で予めSEI膜を形成させたグラファイト電極へのLi挿入を試みたところ,Liのグラファイト層間化合物の生成が確認された.また,この電極を用いて定電流充放電を行った結果,Liの挿入・脱離が確認された.さらに,予めSEI膜を形成させたNi電極上でもLiの析出・溶解が繰り返し行えることを確認した.
以上のことから,LiTFSI/BMPTFSI中においてBMP^+の還元分解およびグラファイト層間への挿入を抑制するSEI膜の形成により,リチウム二次電池の:負極充放電が行われることが示された.また,ECの添加は溶融塩の分解を抑制するが難燃性・不揮発性を損なうため,電極表面に予めSEI膜を形成させる方が望ましい.SEI膜を生成する環境を最適化することでより低粘性・低融点の溶融塩の利用もできると考えられ,室温溶融塩を用いたより安全性の高いリチウムニ次電池を構築できる可能性が示された.