| Project/Area Number |
22KJ0271
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| Project/Area Number (Other) |
22J13787 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
金山 佳督 (2023) 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Research Fellow |
金山 佳督 (2022) 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 電解液 / 火災安全 / 燃焼 / 化学反応モデル / 真空紫外放射光 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、リチウムイオン電池の発火主要因として挙げられる、可燃性の有機溶媒と無機塩から成る電解液の気相・液相における反応過程の解明を目的とする。独自に開発した燃焼試験管と各種ガス分析装置を用いた燃焼実験、第一原理量子化学計算に基づく燃焼反応モデルの構築及び実験結果との比較検証を通じ、電解液成分の燃焼性評価・予測を実現する。本燃焼反応モデルを用いた燃焼シミュレーションにより、難燃性電解液の開発及びリチウムイオン電池の火災安全性向上を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
リチウムイオン電池（LIB）電解液成分および無機元素を含む難燃剤の熱分解および燃焼反応過程の解明に向け、独自の燃焼試験管と種々のガス分析装置を用いた化学種計測実験、第一原理量子化学計算および化学反応モデリング、数値計算による素反応解析を行った。LIB電解液として広く用いられる炭酸エステル類（炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸エチレン）の分子構造（直鎖・環状やアルキル基の種類）に着目し、気相反応性の違いを体系的に調査した。化学種計測実験に加え、米国・テキサスA＆M大学と共同で炭酸エチレンについて、基礎燃焼特性である着火遅れ時間や層流燃焼速度のデータも取得した。本研究を通じて、これら直鎖および環状炭酸エステルを包含する世界初の化学反応モデル「LIB電解液サロゲートモデル」が完成した。難燃剤として有機リン化合物であるリン酸トリメチルを対象とし、放射光技術を利用した化学種計測手法（光電子―光イオンコインシデンス分光法）を用いることで活性種などを含む反応性に富む中間体の計測を通じ、熱分解過程を調査した。本計測は、スイス・ポールシェラー研究所の放射光施設Swiss Light Source（SLS）にて実施し、一般的に計測が困難である炭酸や無機元素（窒素）を含む芳香族であるピリジン類の光電子分光特性についても調査した。リン酸トリメチルの熱分解における化学種計測結果と量子化学計算結果を基に、上記LIB電解液サロゲートモデルの難燃剤試料への適用に向けて、リン酸トリメチルの化学反応モデルの構築を進めている。
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