2017 Fiscal Year Research-status Report
High-performance Lithium-ion Battery Designed by the Specific Structure of Electric Double-layer on the Electrodes
| Project/Area Number |
16K17974
|
|---|
| Research Institution | Kansai University |
|---|
Principal Investigator |
山縣 雅紀 関西大学, 化学生命工学部, 准教授 (80527119)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | イオン液体 / リチウムイオン電池 / 電気二重層 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、イオン液体を利用した高出力かつ高サイクル安定性リチウムイオン電池の実現を、特異的な電気二重層構造の形成によって達成するものである。ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド (TFSI)およびビス(フルオロスルホニル)イミド (FSI)をアニオンとするイオン液体中に、同一のアニオンを有するリチウム塩を溶解させた系について、検討を行った。従来では1.5 mol dm-3までの評価を行ったが、さらに高濃度の2.0 mol dm-3のリチウム塩濃度について、その特異的な電気二重層構造を電気化学的な手法を用いて評価した。従来の濃度では、FSI系イオン液体系のみに電極上の微分容量の増加 (リチウム塩を含まない系を基準として) 現象が見られたが、より高濃度においては、TFSI系イオン液体についてもリチウム塩の存在によって微分容量の増加現象が観測された。つまり、これまでに提唱してきた特異的な電気二重層はFSI系のみで形成されるものではなく、条件次第で他のイオン液体でも形成しうることがわかった。以上の現象を分子動力学法によって検証を試みたが、電気化学的に得られた結果と一致せず、これは実電極と動力学計算上の電極において、その電子分布の考え方に原因があると推測しており、この設定については今後の課題となる。
続いて、得られた高濃度塩イオン液体系について、リチウムイオン電池の充放電特性との関係を調査した。リチウム塩濃度を上記の結果で得られた2.0 mol dm-3およびそれ以上3.0 mol dm-3まで変化させ、その時の黒鉛負極の出力特性を評価したところ、これまでの1.5 mol dm-3以下のリチウム塩濃度とした電池系と比べて、大幅に出力特性が改善された。すなわち、上述の特異的な電気二重層構造が、高濃度塩によって強化され、結果電極／電解液界面構造の安定化に繋がったと考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
特異的電気二重層の電気化学的手法と分子動力学計算との相関関係を得る段階で、指標とする微分容量の傾向に違いが生じ、これは実電極では配向性HOPGを利用している点、計算上では分子構造を配慮しない均一な電子分布としていることが原因と考えている。両者の整合性を取るために、追加の検討が必要と判断した。
一方で、得られた特異的電気二重層構造の結果を、実用上のリチウムイオン電池系に発展させることができた。
総じて、概ねに進展していると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は29年度の成果を踏まえて、より実用電池で起こりうる様々な環境を考慮した評価を行う。得られた高濃度系の特異的電気二重層構造の検証と、実電池における充放電特性との関係を検証し、本研究課題の最終的な目標である実用に適するイオン液体リチウムイオン電池の設計提案を行う。特に、裏付けられた作動環境適応性の評価をを受けて、極限環境下(高温・低温・減圧・加圧下) での電池作動試験を行い、特異的電気二重層形成による電池の作動安定性の付与を試みる。最終的にはプロトタイプセルを用いて実用可能性を評価する。
|
