2022 Fiscal Year Annual Research Report
超濃厚電解液のイオン集合様態制御に基づく電池特性の分子レベルデザイン
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20H02823
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
藤井 健太 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (20432883)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松上 優 熊本高等専門学校, リベラルアーツ系理数グループ, 准教授 (50455177)
片山 祐 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70819284)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 超濃厚電解液 / イオン溶媒和 / 構造解析 / 電池電極反応 / Liイオン電池 / 構造秩序化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、リチウム塩を高濃度に溶解した「超濃厚電解液」を金属イオン・対アニオン・溶媒からなる３成分系として捉え、３成分間の相互作用を理解し、制御することで電池電解液の機能を高度に設計することを大きな目標としている。2022年度(最終年度）は、前年度までに蓄積してきた成果、特に、超濃厚電解液中におけるリチウムイオンの構造秩序化とその精密構造解析を基盤として、この電解液特性が電極反応にどのような影響を及ぼすのかに焦点を絞って研究を進めた。
（１）超濃厚電解液の電極反応速度論：モデル電極としてグラファイト負極を選択し、超濃厚電解液中における電極反応（リチウムイオンの挿入・脱離反応）の活性化エネルギーを実験的に調べた。溶媒の電子対供与性およびLi塩濃度に着目して系統的に研究を進めたところ、挿入脱離反応の活性化エネルギーは溶媒の電子対供与性に強く依存すること、すなわち、構造秩序化したLiイオンから溶媒分子が脱配位するプロセスが電極反応を速度論的に支配していることがわかった。また、極めて低い電子対供与性を示すフッ素化アセテートを主溶媒とした超濃厚電解液では、従来カーボネート電解液よりも著しく小さい活性化エネルギーを示し、（フッ素化アセテート系：19.9 kJ mol-1, 従来系：58 kJ mol-1程度）、実際に、優れた充放電レート特性を示すLi電池用濃厚電解液を構築することができた。
（２）電極/電解液界面の構造解析：電極反応の実際の反応場となる電極/電解液界面に対してMDシミュレーションを実施し、濃厚化が界面特性に及ぼす影響を調べた。シミュレーションデータを用いて電極近傍のリチウムイオン集合構造を密度分布関数として定量的に表示し、その塩濃度依存性および電位依存性を解析することで、「希薄系と濃厚系」「界面構造とバルク構造」の類似点や相違点を議論することができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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