リチウム電池における電極/電解液界面の構造設計に関する研究

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04453081
• 研究機関: 山口大学
• 研究代表者: 松田 好晴 山口大学, 工学部, 教授 (90028986)
• 研究分担者: 森田 昌行 山口大学, 工学部, 助教授 (70136167)
• キーワード: リチウム電池 / 電解液 / 負極 / 正極 / 界面 / 充放電

研究概要

1.リチウム電極の反応速度に及ぼす界面構造の影響
石炭コークス系黒鉛質炭素繊維に対して比較的安定なエチレンカーボネート(EC)をベース溶媒とする混合溶媒にLiPF_6あるいはLiCF_3SO_3などを溶解させた電解液について検討したところ,ECとジメチルカーボネートの混合溶媒に1mol・dm^<-3>のLiCF_3SO_3を溶解させた電解液が最も充放電効率が高く,第1回目の放電容量は200mAhg^<-1>以上で最も優れた電解液であった。このような実験結果から炭素電極の構造の違いが,それに適する電解液の種類に大きな影響を与えていることが推定された。更に炭素電極の炭素源にサッカロースを用い,これにLiOHやAlCl_3などを添加した後焼成して作製した炭素極が充放電容量が高くなることを明らかにした。また,黒鉛類似構造のBC_2Nのほかに,BC_4Nの調製条件とその充放電特性についても調べ,リチウム負極材料としての可能性を明らかにした。また正極については,ポリアニリン-ポリスチレンスルホン酸複合膜正極の充放電特性とその可能性について検討した。
2.リチウム電極/添加物を含む有機電解液界面構造のキャラクタリゼーション
リチウム二次電池の電解液に(AlI_3)とメチルフラン(2MeF)を添加すると,リチウム金属負極の充放電の電流効率が向上し,充放電をくり返しても効率の低下がほとんど認められないことを明らかにした。これはリチウム電極の上にLi^+導電性のLiIのほかに,Li-Al合金,2MeFとLiの反応による導電性の皮膜などが生成し,リチウムと電解液の副反応が抑制されたためであると考えられた。このことについて,平成4年度に購入した走査型振動電極装置による測定,ならびに既存の交流インピーダンス測定装置を用いて,これらの添加物の作用機構などを解明した。

研究成果

• [文献書誌] M.Morita et al.: "Layered-Structure BC_2N as a Negative Electrode Matrix for Rechargeable Lithium Batteries" J.Electrochem.Soc.,. 139. 1227-1230 (1992)
• [文献書誌] M.Morita et al.: "Electrosynthesis of Poly(p-phenylene)Films and Their Application to the Electrodes of Rechargeable Batteries" Electrochim.Acta. 37. 1093-1099 (1992)
• [文献書誌] H.Tsutsumi et al.: "Preparation and Chracterization of Modified Electrode by Self-Assembling Ferrocene Derivative" J.Electrochem.Soc.,. 139. 1522-1525 (1992)
• [文献書誌] M.Ishikawa et al.: "Ionic Association of Lithium Perchlorate in Propylene Carbonate/1,2-Dimethoxyethane Mixed Systems for Lithium Batteries" Denki Kagaku. 60. 1018-1020 (1992)
• [文献書誌] Y.Matsuda: "Behavior of Lithium/Electrolyte Interface in Organic Solutions" J.Power Sources. 43-44. 1-7 (1993)
• [文献書誌] Y.Matsuda et al.: "A New Negative Electrode Matrix,BC_2N,for Rechargeable Lithium Batteries" J.Power Sources. 43-44. 75-80 (1993)
• [文献書誌] M.Ishikawa et al.: "Ionic Association of Lithium Salts in Propylene Carbonate/1,2-dimethoxyethane Mixed Systems for Lithium Batteries" J.Power Sources. 45. 229-236 (1993)
• [文献書誌] M.Morita et al.: "Charge/Discharge Cycling Behavior of Pitch-Based Carbon Fiberin Organic Electrolyte Solutions" Electrochim.Acta. 38. 1721-1726 (1993)
• [文献書誌] 石川正司 他: "LiCF_3SO_3を含む有機電解液中におけるピッチ系炭素繊維負極の充放電特性" 電気化学. 61. 1317-1318 (1993)
• [文献書誌] T.Iijima et al.: "Application of Carbon Fibers and Pich Cokes for Negative Electrodes of Lithium Rechargeable Batteries" Denki Kagaku. 61. 1383-1389 (1993)
• [文献書誌] M.Ishikawa et al.: "Behavior of BC_2N Treated Under Various Temperatures as a Negative Electrode Matrix for Rechargeable Lithium Batteries" Denki Kagaku. 61. 1395-1402 (1993)
• [文献書誌] M.Morita et al.: "Electrochemical Behavior of Polyaniline-Poly(Styrene Sulfonate)Composite Films in Organic Electrolyte Solutions" J.Electrochem.Soc.(in press).
• [文献書誌] M.Ishikawa et al.: "Charge/Discharge Characteristics of Carbon Fiber with Graphite Structure in Organic Electrolyte Containing Lithium Trifluoromethylsulfate and Lithium Hexafluorophosphate" J.Electrochem.Soc.(in press).
• [文献書誌] Y.Matsuda: "Electrochemistry in Transition" Plenum Press(ed.O.J.Murphy etc.), 683(641-653) (1992)
• [文献書誌] M.Morita et al.: "Proceedings of the Symposium on High Power,Ambient Temperature Lithium Batteries" The Electrochemical Society,Inc., 199(101-112) (1992)
• [文献書誌] Y.Matsuda et al.: "Proceedings of the Symposium on New Sealed Rechargeable Batteries and Supercapacitors" The Electrochemical Society,Inc., 521(206-217) (1993)