2020 Fiscal Year Annual Research Report
イオン液体を電解質として用いる高温作動型リチウム二次電池
| Project/Area Number |
19H02811
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
萩原 理加 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30237911)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 一彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30574016)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
|
| Keywords | リチウムイオン電池 / イオン液体 / 高温作動 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は高温での作動特性に優れる大型のリチウム二次電池の開発を目指し、希少元素を含まない鉄やマンガン、あるいはイオウなどのレドックスを利用した高容量、高エネルギー密度正極としての性能の発現する材料開発を目的としている。本研究で開発しているリチウム二次電池には、FSA またはTFSA 系イオン液体を電解質として用いている。その特徴である中高温領域での熱的、化学的、電気化学的安定性を生かし、特に中高温域で実用化に耐えうる性能を発現する活物質を探索した結果、昨年度の研究によって見いだされた有望な系としてトリルチル型Li0.5FeF3やパイライト型FeS2などについて、前者では充放電による相変化をex-XRDで詳細に観察した。3.2-4.3V vs Li/Li+での可逆なLi+の挿入脱離に伴う二相反応が見られたが、2.5Vまで放電するとLiFとルチル型FeF2のコンバージョン反応となり、そこからの充電ではLi0.5FeF3やFeF3は生成せず、ディスオーダーを伴うトリルチルが生成することを明らかにした。また、後者では3Vへの充電でFe3S4スピネル相が生成するなど、この系に特有な反応機構が見られた。負極材料に関する検討としては、これらのイオン液体電解質中で炭素負極上に生成し充放電を可能にする一方、不可逆容量の原因ともなるSEIの生成機構の解明を行い、イオン液体の還元分解に関しては特に導電剤として加えているアセチレンブラックの表面が活性であることを突き止めた。次年度にさらなる解析を進める予定である。また、前年度に引き続きリチウム金属負極のイオン液体中での高温充放電特性を検討し、デンドライト生成の抑制を確認し、Li2FeP2O7正極との組み合わせで優れた充放電効率とサイクル特性が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
イオン液体電解質中で高温作動特性に優れている点で有望なトリルチル型Li0.5FeF3やパイライト型FeS2などの正極活物質について系統的な研究を行い、充放電機構について新たな知見を得ている。トリルチル型Li0.5FeF3の充放電機構については第一報の専門誌への出版も完了している。イオン液体中でのリチウム金属負極の挙動については９０℃でのデンドライト生成抑制により可逆性が向上することを論文発表した。これらの成果を含め研究は順調に推移しており、次年度も継続して成果が挙げられるものと期待される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
イオン液体電解質中で高温作動特性に優れている正極活物質として、他のリチウム遷移金属フッ化物や混合遷移金属フッ化物についても検討を行う。放射光施設の高エネルギーX線回折が反応機構解明には不可欠で、その分野の専門家との共同研究が不可欠である。アセチレンブラックなどの炭素系導電剤上でのイオン液体電解質の還元分解機構の解明のため、HOPG
などの炭素剤の網面と端面での反応性の違いをXPSやAFM,元素分析などにより検討する予定である。
|
