2014 Fiscal Year Research-status Report
室温イオン液体中におけるリチウムイオン電池用黒鉛系負極の電気化学的挙動の解明
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25410248
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
宇井 幸一 岩手大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60360161)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 室温イオン液体 / 負極 / 黒鉛 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度にリチウム塩を含むN, N-ジエチル-N-メチル-N-(2-メトキシエチル)アンモニウム-ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)アミド(DEME-TFSA)を用い、初回充電時、黒鉛粒子の表面にTFSA-アニオン由来の元素を含む還元生成物(析出物)からなる被膜が形成されることを報告した。本年度はその成果を踏まえ、室温イオン液体/黒鉛系負極の界面設計に関する基礎的知見を得るため、引き続き熱安定性の高いアニオン種(TFSA-)を含む室温イオン液体中における黒鉛系負極の電気化学的挙動を解析した。黒鉛系負極には天然黒鉛、室温イオン液体には新たにDEME-TFSAとほぼ同じ物性を示すN-メチル-Ｎ-プロピルピロリジニウム (P13)-TFSAを用いて、以下の項目を実施した。なお、下記項目は研究計画調書の研究計画に一致する。
1. 室温イオン液体中における黒鉛系負極の電気化学的挙動に及ぼす要因の特定：カチオン種をDEMEからP13に変えても、初回充放電特性はほぼ同じであった。初回充電後の黒鉛系負極の表面を分析したところ、LiF、C、O、F、Sが検出された。この結果はDEME-TFSA系で黒鉛粒子の表面に生成した析出物の成分とほぼ同じであった。
2. 室温イオン液体中における黒鉛系負極の初回充電反応の解明：交流インピーダンス法から得られた初回充電後の天然黒鉛電極のナイキストプロットに対して、2つの時定数を持つ等価回路を用いて、パラメータフィッティングを行った。その結果、実測値とフィッティング結果が一致したので、P13-TFSA系でも析出物が黒鉛粒子の表面を覆うことが明らかとなった。
以上の結果、カチオン種に関わらず、初回充電過程でTFSA-アニオンの還元分解による副反応が発生し、TFSA-アニオン由来の析出物が黒鉛粒子の表面を覆うことを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1. 室温イオン液体中における黒鉛系負極の電気化学的挙動に及ぼす要因の特定
実施計画に示したように、充電後の黒鉛粒子の表面分析・表面観察を行った。カチオン種をDEME+カチオンからP13+カチオンに変えても、初回充電後の黒鉛粒子の表面に生成する析出物の成分（LiF、C、O、F、S）とほぼ同じであることを明らかにした。これより、カチオン種よりもTFSA-アニオンが固体電解質界面（SEI）に相当する析出物の成分とその形成機構に関係していることを概ね特定できたので、概ね順調に進展していると判断した。
2. 室温イオン液体中における黒鉛系負極の初回充電反応の解明
実施計画に示したように、周波数特性分析器を付設した電気化学測定システムを用いて、交流インピーダンス法による室温イオン液体／黒鉛系負極の界面構造および反応を時定数分離により詳細に調べ、初回充電反応を解析した。2つの時定数を持つ等価回路を用いて、パラメータフィッティングを行った結果、実測値とフィッティング結果が一致したので、カチオン種にかかわらず、SEIに相当する析出物が黒鉛粒子の表面を覆うことを明らかにした。これは室温イオン液体／黒鉛系負極の界面設計に関する有意義な情報と考えられるので、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度も概ね順調に進展したので、当初の研究実施計画を推進していく。平成27年度は前年度に得られた結果を基にして、以下の項目2, 3, および4を実施する。なお、下記項目は研究計画調書の研究計画に一致する。
2. 室温イオン液体中における黒鉛系負極の初回充電反応の解明：室温イオン液体／黒鉛系負極の界面構造および固体電解質界面（SEI）層の形成機構を、交流インピーダンス法から得られたナイキストプロットに対して、仮定する等価回路の時定数分離を解析することで、初回充電反応をより詳細に解明する。
3. 室温イオン液体中の黒鉛系負極の電気化学的挙動に影響を及ぼす要因の特定：項目1の黒鉛粒子の表面分析・表面観察及び項目2の室温イオン液体／黒鉛系負極の界面構造に基づき、SEI の成分とその形成機構を含む黒鉛系負極の初回充電反応を解明し、室温イオン液体中における黒鉛系負極の電気化学的挙動に影響を及ぼす要因を特定する。
4. 研究総括：以上、得られた解明結果をまとめ、リチウムイオン電池に必要とされる室温イオン液体／黒鉛系負極の界面モデルを提唱し、本研究を総括する。また､得られた研究成果の国内外への発表を積極的に試みる。
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| Remarks |
研究内容もしくは研究成果について、論文が掲載されたら、公開する予定である。
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