2015 Fiscal Year Annual Research Report
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26708030
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山田 裕貴 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30598488)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気化学 / リチウムイオン電池 / 溶液化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高性能二次電池用次世代電解質として、概ね3mol/L以上の濃度のリチウム塩を含む超高濃度有機電解液に着目する。このような濃度領域は、高粘度、低イオン伝導度、塩の析出などが懸念され、二次電池用電解液としてはほとんど検討されていなかった。しかし、特定の超高濃度溶液では固体化（結晶化）が著しく阻害され安定な液体状態となる濃度領域（結晶化ギャップ）があり、電解液として利用価値のある新物性を示す可能性がある。本研究では、結晶化ギャップを発現するような超高濃度溶液が有する新物性の探索及びその二次電池電解液としての応用展開を目的とした。
平成27年度は、前年度に見出されたアルミニウム集電体の酸化溶解（腐食）の抑制機構について、実験・理論の双方から詳細な検討を行った。その結果、アルミニウムの酸化腐食と溶液構造の間に明確な相関性があることを見出した。具体的には、電解液中のフリー溶媒分子（リチウムイオンに配位していない溶媒分子）が消滅するまで濃度を上げることで、アルミニウムの酸化腐食が抑制されることが分かった。この結果に基づき、アルミニウムの酸化腐食とその抑制機構を明らかにした。
従来、リチウムイオン電池の正極集電体であるアルミニウムの酸化腐食は、電解液設計における重要な課題であり、特定の不安定塩（LiPF6）がアルミニウムの不動態化のために必須とされてきた。しかし、LiPF6のような化学的に不安定な塩は、電極材料に対して悪影響を与えることも指摘されていた。本研究は、溶液構造制御による新たなアルミニウム腐食抑制指針を与えるものであり、不安定塩に依存しない新たな電解液設計を可能にするものである。
上記の研究に加えて、高電圧（5V級）リチウムイオン電池に向けた新たな電解液設計指針の検討を行った。
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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
結晶化ギャップを発現する超高濃度電解液の基礎物性評価、アルミニウム酸化腐食抑制機構解明を完了し、既に見出している高速電極反応、高酸化耐性に対しても機構解明が進展している。また、これまでに得られている結果に基づき、当初予定していた4V級を超えて、高電圧5V級リチウムイオン電池に向けた電解液設計についても成果が得られつつある。したがって、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現時点で順調に進展しているため、今後も計画書の通りに推進する予定である。
本研究は、結晶化ギャップを発現する超高濃度有機溶液について、（１）異常物性探索、（２）異常物性の発現機構解明と知識体系構築、（３）それに基づく革新的二次電池の創製という、大きく分けて３段階で推進している。このうち、平成２８年度は、（２）と（３）を中心的に行う。（２）では、高い酸化還元安定性及び高速電極反応の機構解明を目的として、実験及び理論計算の双方から検討を行う。（３）では、高電圧5V級リチウムイオン電池に焦点を定め、それに適した電解液設計指針の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
溶液構造の解析のためにフーリエ変換赤外分光光度計の購入を予定していたが、今年度は既存のラマン分光光度計での解析を行ったため、購入をしなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度にフーリエ変換赤外分光光度計を購入する。
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