2011 Fiscal Year Annual Research Report

リチウム系蓄電デバイスにおけるSEI皮膜成長過程に係る研究

Research Project

Project/Area Number	21550177
Research Institution	Japan Aerospace Exploration Agency
Principal Investigator	曽根理嗣独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (70373438)
Keywords	電池 / 電気化学 / SEI皮膜 / 評価解析 / リチウム
Research Abstract	より大電力での放電を可能にする蓄電デバイスとしてリチウム系蓄電デバイスの研究が進んでいる。これらのデバイスでは、負極での安定な反応を維持するためには負極表面上に形成される皮膜(通称、SEI(Solid Electrolyte Interface)皮膜)の形成が不可欠である。この皮膜により、負極材料の電解液への溶解を防ぎつつ、電池としての安定な充放電反応が実現されている。ただしこの皮膜はインピーダンスが高く、皮膜成長が進むと電池内部抵抗が増大する。また皮膜成長には負極内部のリチウムイオンが消費されるため、皮膜成長に従い電池の容量が低下してしまう。このようにリチウムイオン二次電池およびリチウムイオンキャパシタを安定に動作させるために不可欠であるSEI皮膜であるが、過大に成長すると内部抵抗(インピーダンス)の増大や容量の低下を起こして電池の性能を劣化させることに繋がるため、厚さや成長に係り適切な制御が望まれるところである。そのような中で、リチウムイオン二次電池の研究の中では、高温ではSEI皮膜の成長が助長されることが知られている。近年,SEI皮膜の成長は,ビニレンカーボネートに代表されるある種の添加剤を加えることによりコントロール出来ることが知られている.この添加剤を加えた供試体と,加えていない供試体を用意し,皮膜成長過程のコントロールが電池性能に与える影響を評価しつつ,充放電に伴う電気化学反応に必要な活性化エネルギーを算出し,SEI皮膜成長の進み方の違いが電気化学反応の反応活性に与える影響について評価を行い,ほとんど影響を受けないことを確認した.また,参照極付き電池を試作し,各電極の劣化傾向と反応速度論的パラメータの推移についても比較評価を実施し,安全性に踏み込んで,電池内部状態の変化の与える影響評価を実施した.