2014 Fiscal Year Research-status Report
低融点アルカリ金属溶融塩のリチウム二次電池用電解液特性の解明
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25871188
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
窪田 啓吾 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 研究員 (40586559)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 溶融塩 / アルカリ金属塩 / リチウム二次電池 / イオン液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電解液は低粘度、高伝導率なものほど実際の電池において優れた性能を示すとされるが、前年度で室温域まで低融点化したアルカリ金属溶融塩が有機電解液の1000～10000倍の粘性にもかかわらず、有機電解液と同等以上のレート特性を示すことを報告した。この特異性を明らかにするため、アルカリ金属溶融塩と有機電解液、およびイオン液体電解液(有機イオンから構成される室温液体にリチウム塩を添加したものについてリチウム金属と合剤正極それぞれの電極-電解液界面の抵抗を電気化学交流インピーダンス法で測定したところ、リチウム金属に対してはそれぞれの電解液はほぼ同等、正極においては若干ながらアルカリ金属溶融塩が最も小さいという結果が得られた。界面抵抗も電解液の粘度が高いほど大きくなる傾向があるため、この溶融塩の結果は電池のレート特性と同様に特異である。この内容について1件の学会発表を行った。
また、リチウムイオン電池の負極として実用化されている炭素負極もこの溶融塩中で安定に作動することを確認した。これまで炭素負極は電解液に固体電解質被膜を形成する添加剤(実用化されている有機電解液には含まれている)がなければ機能しないことが知られており、イオン液体電解液でも機能しないことが報告されている。前述の粘度に反して界面抵抗が低いことも併せて考えると、アルカリ金属溶融塩は有機溶媒や有機カチオンを含まないことから既存の電解液とは異なる固体電解質被膜を形成している可能性がある。この内容について1件の国際学会の発表と1報の論文発表を行った。
また、基礎研究として低融点アルカリ金属溶融塩中におけるアルカリ金属の析出試験を行い、1件の国際学会の発表と1報の論文発表を行った。
また、本研究を含めた低融点アルカリ金属溶融塩塩の合成から物性、リチウム二次電池用電解質への応用について1件の依頼講演と1報の総説発表を行った。
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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
前年度に報告した室温域アルカリ金属溶融塩の優れたレート特性の解明のために電極-電解液界面の抵抗の測定と既存の有機電解液、イオン液体電解液と比較を行い、溶融塩の特異性を明らかにした。また、炭素負極もこの溶融塩中で問題なく作動することを確認した。このように、低融点アルカリ金属溶融塩は既存の電極をそのまま組み合わせることができ、有機電解液よりも安定かつ高いレート特性を示すリチウムイオン電池用電解液として期待できることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したアルカリ金属溶融塩とリチウム金属および電池用合剤電極の界面の特異性を明らかにするためには、電池試験後の電極を解体・回収して表面を分析する必要がある。電解液の粘性が非常に高く、また吸湿性も高いため、電極を破壊せずに解体するのが困難であるが、不活性雰囲気を維持しつつX線回折分析などの表面分析を行う予定である。
一方で、前年度で予定していたリチウム塩のみのアニオン混合による室温域溶融塩の調製と電池試験は、融点や導電率について電解液の最適化の検討を続ける予定である。
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| Causes of Carryover |
平成26年6月、アルカリ金属溶融塩の電気化学安定性を調べるために白金と銀を不活性ガス雰囲気で密閉した二極式セルでサイクリックボルタメトリーを行ったが、当初の予想に反し、銀を対極と参照極の兼用では安定に電位が取れないことが分かった。三極式セルで再度試験を行う必要が生じた。その後(およそ12月まで)三極式セルで試験を行ったが密閉性が悪く、密閉セルを用いずに不活性雰囲気で直接試験を行う必要が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
不活性雰囲気でサイクリックボルタンメトリーを行うために、ビーカーセル、不活性雰囲気と外部の電気化学試験装置を接続する配線、不活性雰囲気で溶融塩を加熱する装置を作製する。また、電気化学試験の電極である白金、銀などの金属を購入する。
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