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高濃度電解液の特異性に基づく高性能蓄電デバイスの開発

研究課題

研究課題/領域番号 16F16051
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 デバイス関連化学
研究機関東京大学

研究代表者

山田 淳夫  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30359690)

研究分担者 WANG JIANHUI  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードsodium-ion battery / lithium-ion battery / electrolyte / safety / high voltage
研究実績の概要

Severe safety concerns are currently impeding the large-scale employment of lithium/sodium batteries. Conventional electrolytes are highly flammable and volatile, which may cause catastrophic fires or explosions. Efforts to introduce flame-retardant solvents into the electrolytes have generally resulted in compromised battery performance because those solvents do not suitably passivate carbonaceous anodes. We propose a salt-concentrated electrolyte design to resolve this dilemma via the formation of a robust inorganic passivation film on the anode. We demonstrated that a concentrated electrolyte using a salt and a popular flame-retardant solvent (trimethyl phosphate), without any additives or soft binders, realized stable charge-discharge cycling of both hard carbon and graphite anodes for more than 1000 cycles (over one year) with negligible degradation; this performance is comparable or superior to that of conventional flammable carbonate electrolytes. The unusual passivation character of the concentrated electrolyte coupled with its fire-extinguishing property contributes to developing safe and long-lasting batteries, and unlocking the limit toward development of much higher energy-density batteries. Moreover, we found that this concentrated electrolyte potentially enables the battery operation from -20 to 100 °C.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Fire-extinguishing organic electrolytes for safe batteries2018

    • 著者名/発表者名
      Jianhui Wang, Yuki Yamada, Keitaro Sodeyama, Eriko Watanabe, Koji Takada, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada
    • 雑誌名

      Nature Energy

      巻: 3 号: 1 ページ: 22-29

    • DOI

      10.1038/s41560-017-0033-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Unusual Passivation Ability of Superconcentrated Electrolytes toward Hard Carbon Negative Electrodes in Sodium-Ion Batteries2017

    • 著者名/発表者名
      Takada Koji、Yamada Yuki、Watanabe Eriko、Wang Jianhui、Sodeyama Keitaro、Tateyama Yoshitaka、Hirata Kazuhisa、Kawase Takeo、Yamada Atsuo
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 9 号: 39 ページ: 33802-33809

    • DOI

      10.1021/acsami.7b08414

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Superconcentrated electrolytes for a high-voltage lithium-ion battery2016

    • 著者名/発表者名
      Jianhui Wang, Yuki Yamada, Keitaro Sodeyama, Ching Hua Chiang, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 7 号: 1 ページ: 12032-12032

    • DOI

      10.1038/ncomms12032

    • NAID

      120006335663

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Superconcentrated electrolytes for a 5 V-class lithium-ion Battery2017

    • 著者名/発表者名
      Jianhui Wang, Yuki Yamada, Keitaro Sodeyama, Ching Hua Chiang, Yoshitaka Tateyama, Atuso Yamada
    • 学会等名
      International Battery Association 2017 (IBA 2017)
    • 発表場所
      奈良春日野国際フォーラム(奈良県奈良市)
    • 年月日
      2017-03-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高濃度電解液を用いた5V級リチウムイオン電池2016

    • 著者名/発表者名
      Jianhui Wang, 山田裕貴, 袖山慶太郎, Ching Hua Chiang, 館山佳尚, 山田淳夫
    • 学会等名
      第57回電池討論会
    • 発表場所
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Superconcentrated Electrolytes for a High-Voltage Lithium-Ion Battery2016

    • 著者名/発表者名
      Jianhui Wang, Yuki Yamada, Keitaro Sodeyama, Ching Hua Chiang, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      18th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB 2016)
    • 発表場所
      シカゴ(アメリカ)
    • 年月日
      2016-06-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [産業財産権] 二次電池用消化性電解液、及び当該電解液を含む二次電池2017

    • 発明者名
      山田淳夫、山田裕貴、ワン・ジェンフイ
    • 権利者名
      国立大学法人東京大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-215587
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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