• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2018 Fiscal Year Annual Research Report

高速なアルカリ金属イオンホッピング伝導と高速電気化学反応を実現する電解液設計

Research Project

Project/Area Number 18H03926
Research InstitutionYokohama National University

Principal Investigator

獨古 薫  横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70438117)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 都築 誠二  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (10357527)
梅林 泰宏  新潟大学, 自然科学系, 教授 (90311836)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords電解質 / イオン伝導 / 電気化学 / 電池 / 計算化学
Outline of Annual Research Achievements

様々なリチウム塩と様々なスルホン溶媒(エチルメチルスルホンやスルホランや3-メチルスルホランなど)を混合することでリチウム塩高濃度電解液を調製し、これらの電解液における溶媒和構造やイオン輸送特性、電気化学特性を解析した。磁場勾配NMR法により電解液中の化学種の自己拡散係数を測定したところ、リチウム塩:スルホンのモル比を1:2程度(リチウム塩濃度3mol/L以上)にすると、リチウムイオンが溶媒やアニオンよりも速く拡散し、リチウムイオンのホッピング伝導機構が発現することが分かった。ラマン分光法で電解液中の溶媒和構造の解析を試みたところ、リチウム塩:スルホンのモル比が1:2程度の場合、電解液中のスルホン溶媒分子はほとんど全てがリチウムイオンに配位しており、フリーな溶媒分子はほとんど存在していないことが分かった。また、アニオンもリチウムイオンの配位に参加し、電解液中では、イオン凝集構造が形成されていることが分かった。このような高濃度電解液中では、リチウムイオンが配位子(溶媒およびアニオン)を動的に交換することでホッピング伝導機構が発現するものと考えられる。さらに、これらの電解液中でコバルト酸リチウム電極やグラファイト電極などの電気化学測定を行ったところ、これらの電極は可逆的にリチウムイオンを挿入・脱離することが確認されたことから、スルホン系溶媒を用いた高濃度電解液はリチウムイオン二次電池の電解液として適用可能であることを実証した。ナトリウム塩とスルホン系溶媒から成る高濃度電解液についても検討を進め、ナトリウムイオンのホッピング伝導に関しての研究にも着手した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画に従い、様々なリチウム塩と様々なスルホン系溶媒から構成される高濃度電解液における特異なイオン輸送現象や電気化学反応を解析し、着実に研究成果が出てきている。また、実験および計算化学の両面から高濃度電解液の特異性に関して解析を進めることでリチウムイオンホッピング伝導機構の詳細が明らかになりつつあり、計画通りに研究が進捗していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

スルホン類を溶媒としたリチウム系およびナトリウム系の高濃度電解液に関する研究を継続するとともに,スルホン類以外の溶媒を用いた高濃度電解液に関する研究も積極的に推進し、高濃度電解液中での特異なイオン輸送メカニズムを明らかにする。また、高濃度電解液中における溶媒の構造、アニオンの構造やルイス塩基性が、イオン-溶媒間の相互作用、カチオン-アニオン間の相互作用や液体の構造および物性に及ぼす影響を実験、計算の両面から解析を進め、高濃度電解液の学理の構築を進める。

  • Research Products

    (33 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 4 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] Massachusetts Institute of Technology(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Massachusetts Institute of Technology
  • [Journal Article] Liquid Structures and Transport Properties of Lithium Bis(fluorosulfonyl)amide/Glyme Solvate Ionic Liquids for Lithium Batteries2019

    • Author(s)
      Terada Shoshi、Ikeda Kohei、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
    • Journal Title

      Australian Journal of Chemistry

      Volume: 72 Pages: 70~70

    • DOI

      10.1071/CH18270

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ionic transport in highly concentrated lithium bis(fluorosulfonyl)amide electrolytes with keto ester solvents: structural implications for ion hopping conduction in liquid electrolytes2019

    • Author(s)
      Kondou Shinji、Thomas Morgan L.、Mandai Toshihiko、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 21 Pages: 5097~5105

    • DOI

      10.1039/C9CP00425D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Glyme-Sodium Bis(fluorosulfonyl)amide Complex Electrolytes for Sodium Ion Batteries2018

    • Author(s)
      Terada Shoshi、Susa Hiroko、Tsuzuki Seiji、Mandai Toshihiko、Ueno Kazuhide、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Pages: 16589~16599

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b04367

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Tuning NaO2 Cube Sizes by Controlling Na+ and Solvent Activity in Na-O2 Batteries2018

    • Author(s)
      Tatara Ryoichi、Leverick Graham M.、Feng Shuting、Wan Stefan、Terada Shoshi、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi、Shao-Horn Yang
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Pages: 18316~18328

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b05418

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Enhanced Electrochemical Stability of Molten Li Salt Hydrate Electrolytes by the Addition of Divalent Cations2018

    • Author(s)
      Kondou Shinji、Nozaki Erika、Terada Shoshi、Thomas Morgan L.、Ueno Kazuhide、Umebayashi Yasuhiro、Dokko Kaoru、Watanabe Masayoshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 122 Pages: 20167~20175

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b06251

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] From Ionic Liquids to Solvate Ionic Liquids: Challenges and Opportunities for Next Generation Battery Electrolytes2018

    • Author(s)
      Watanabe Masayoshi、Dokko Kaoru、Ueno Kazuhide、Thomas Morgan L.
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 91 Pages: 1660~1682

    • DOI

      10.1246/bcsj.20180216

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct Evidence for Li Ion Hopping Conduction in Highly Concentrated Sulfolane-Based Liquid Electrolytes2018

    • Author(s)
      Dokko Kaoru、Watanabe Daiki、Ugata Yosuke、Thomas Morgan L.、Tsuzuki Seiji、Shinoda Wataru、Hashimoto Kei、Ueno Kazuhide、Umebayashi Yasuhiro、Watanabe Masayoshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry B

      Volume: 122 Pages: 10736~10745

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.8b09439

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] The effect of anion and graphene charges on liquid structures of graphene electrode-ionic liquid interface2019

    • Author(s)
      Seiji Tsuzuki
    • Organizer
      Computational Sciences Workshop 2019 (CSW2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スルホラン系溶媒和リチウム溶融塩のLi+溶媒和構造とスペシエーション分析2019

    • Author(s)
      荒井奈々, 渡辺日香里, 都築誠二, 亀田恭男, 上野和英, 渡邉正義, 獨古薫, 梅林泰宏
    • Organizer
      電気化学会第86回大会(京都)
  • [Presentation] Li塩とジニトリルから成る溶融錯体の基礎物性と電気化学特性2019

    • Author(s)
      宇賀田洋介, 上野和英,獨古薫,渡邉正義
    • Organizer
      電気化学会第86回大会(京都)
  • [Presentation] スルホランを溶媒に用いたNa系高濃度電解液の溶液構造と電池適用2019

    • Author(s)
      岡本 幸紘、渡部 大樹、寺田 尚志、上野 和英、獨古 薫、渡邉 正義
    • Organizer
      電気化学会第86回大会(京都)
  • [Presentation] スルホン系Li塩高濃度電解液の溶液構造と輸送特性2019

    • Author(s)
      笹川 祥平, 宇賀田 洋介, 渡部 大樹, 上野 和英, 獨古 薫, 渡邉 正義
    • Organizer
      電気化学会第86回大会(京都)
  • [Presentation] 分子間相互作用の精密解析と液体物性2019

    • Author(s)
      都築誠二
    • Organizer
      凝縮系の理論化学2019(石垣)
    • Invited
  • [Presentation] Role of intermolecular interaction in controlling structure and physicochemical properties of liquid2018

    • Author(s)
      Seiji Tsuzuki
    • Organizer
      Joint Conference of EMLG/JMLG Meeting 2018 and 41st Symposium on Solution Chemistry of Japan
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Liquid structures of ionic liquids at graphene interface: Effects of anion and charges on graphene2018

    • Author(s)
      S. Tsuzuki, T. Nakamura, T. Morishita, W. Shinoda, S. Seki, Y. Umebayashi, H. Ueno, K. Dokko, M. Watanabe
    • Organizer
      6th Asian-Pacific Conference on Ionic Liquids & Green Processes (APCIL-6)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The effect of anion on the liquid structure of graphene electrode - ionic liquid interface2018

    • Author(s)
      S. Tsuzuki, T. Nakamura, T. Morishita, W. Shinoda, S. Seki, Y. Umebayashi, H. Ueno, K. Dokko, M. Watanabe
    • Organizer
      27th Conference on Molten Salts and Ionic Liquids-EuCheMSIL
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Glyme-Na Salt Equimolar Complex Electrolytes for Sodium Ion Batteries2018

    • Author(s)
      K. Dokko, S. Terada, H. Susa, K. Ueno, M. Watanabe
    • Organizer
      ECS and SMEQ Joint International Meeting
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Li Salt-Glyme Complex Electrolytes for Lithium Sulfur Batteries2018

    • Author(s)
      Kaoru Dokko
    • Organizer
      12th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications (CMCEE 2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Effect of Divalent Cation in Highly Concentrated Aqueous Electrolytes for Li Secondary Battery2018

    • Author(s)
      S. Kondo, S. Terada, K. Ueno, K. Dokko, M. Watanabe
    • Organizer
      22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Highly Concentrated Mixed-Li salt Electrolytes for High-Voltage Lithium-ion Batteries2018

    • Author(s)
      Y. Ugata, J. Zhang, D. Watanabe, S. Terada, K. Ueno, K. Dokko, M. Watanabe
    • Organizer
      22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水系リチウム塩濃厚電解液の二価カチオン塩添加効果と電池適用2018

    • Author(s)
      近藤 慎司, 野崎 永莉香, 寺田 尚志, Morgan L. Thomas, 上野 和英, 梅林 泰宏, 獨古 薫, 渡邉 正義
    • Organizer
      第59回電池討論会(大阪)
  • [Presentation] イオン液体電解液の古典分子動力学シミュレーション:輸送物性と電極界面の液体構造2018

    • Author(s)
      都築誠二
    • Organizer
      電気化学界面シミュレーションコンソーシアム第3回研究会(東京)
    • Invited
  • [Presentation] 種々の超濃厚Li塩水溶液中のLi+伝導機構とLi+局所構造2018

    • Author(s)
      野崎 永莉香, 渡辺 日香里, 荒井 奈々, 上野 和英, 獨古 薫, 渡邉 正義, 梅林 泰宏
    • Organizer
      第9回イオン液体討論会(鳥取)
  • [Presentation] 溶媒和リチウム溶融塩中のLi+溶媒和構造2018

    • Author(s)
      荒井奈々, 野崎永莉香, 渡辺日香里, 都築誠二, 上野和英, 渡邉正義, 獨古薫, 亀田恭男, 梅林泰宏
    • Organizer
      第9回イオン液体討論会(鳥取)
  • [Presentation] 四級アンモニウムのアルキル鎖への酸素の導入がイオンの拡散に与える影響2018

    • Author(s)
      都築誠二、松本一
    • Organizer
      第9回イオン液体討論会(鳥取)
  • [Presentation] スルホン系溶媒を用いたNa系高濃度電解液の溶液構造と輸送特性2018

    • Author(s)
      岡本 幸紘,渡部 大樹, 寺田 尚志, 上野 和英, 獨古 薫,渡邉正義
    • Organizer
      2018年電気化学秋季大会(金沢大学角間キャンパス)
  • [Presentation] スルホン系溶媒を用いたLi系高濃度電解液の溶液構造と輸送特性2018

    • Author(s)
      宇賀田洋介,近藤 慎司, 張 旌君, 渡部 大樹, 上野和英,獨古薫,渡邉正義
    • Organizer
      2018年電気化学秋季大会(金沢大学角間キャンパス)
  • [Presentation] 水系リチウム塩濃厚電解液の二価カチオン塩添加効果と電池適用2018

    • Author(s)
      近藤 慎司,野崎 永莉香,寺田 尚志, M. L. Thomas, 上野 和英, 梅林 泰宏, 獨古 薫, 渡邉 正義
    • Organizer
      2018年電気化学秋季大会(金沢大学角間キャンパス)
  • [Presentation] 有機電解液中におけるグラファイト電極へのリチウムイオンと溶媒の共挿入電位の解析2018

    • Author(s)
      張旌君, 多々良涼一, 文喜俊, 上野和英, 獨古薫, 渡邉正義
    • Organizer
      第59回電池討論会(大阪)
  • [Presentation] グライム-マグネシウム塩錯体の低融点化と電気化学特性2018

    • Author(s)
      獨古 薫、鈴木 聡真、橋本 慧、Morgan L. THOMAS、万代 俊彦、都築 誠二、渡邉 正義
    • Organizer
      2018年電気化学秋季大会(金沢大学角間キャンパス)
  • [Presentation] リチウム塩水和溶融物のスペシエーション分析とリチウムイオン伝導メカニズム2018

    • Author(s)
      野崎 永莉香, 渡辺 日香里, 荒井 奈々, 上野 和英, 獨古 薫, 渡邉 正義, 梅林 泰宏
    • Organizer
      第32回日本分析化学会関東支部新潟地区部会研究発表会
  • [Presentation] グラフェンの構造や電荷がグラフェン-イオン液体界面の液体構造に与える影響2018

    • Author(s)
      都築誠二、中村壮伸、森下徹也、篠田渉、関志朗、梅林泰宏、上野和英、獨古薫、渡邉正義
    • Organizer
      第12回分子科学討論会(福岡)

URL: 

Published: 2019-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi