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2017 年度 実績報告書

高イオン強度電解質溶液の基礎研究と次世代型蓄電池への展開

研究課題

研究課題/領域番号 16H04216
研究機関京都大学

研究代表者

福塚 友和  京都大学, 地球環境学堂, 准教授 (90332965)

研究分担者 西 直哉  京都大学, 工学研究科, 准教授 (10372567)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード次世代蓄電池 / 電解液 / 界面 / 難燃性
研究実績の概要

リチウム塩を溶解した炭酸プロピレン(PC)にカルシウム塩あるいはマグネシウム塩を加えた有機電解液をベースに黒鉛負極の研究を行った。特に本年度はリチウムイオン電池の電解液の高性能化の一つとして難燃性電解液へ高イオン強度という概念を適用した。リン酸トリメチル(TMP)を有機電解液に添加すると難燃性が付与できるが、難燃性付与できる量のTMPを加えると黒鉛層の剥離が進行する。そのため、過剰なTMPの使用はできなかった。リチウム塩を溶解したPCにリン酸トリメチル(TMP)を添加した電解液にカルシウム塩を添加することで黒鉛へのリチウムイオンの挿入が可能であることを明らかにした。この場合のリチウムイオン挿入脱離が可能なLi/Ca閾値はPC単独のものと異なると結果であった。今後より詳細な検討が必要である。また、イオン液体電解液/金属電極界面でのイオン液体の構造について表面増強赤外分光法を適用し、電位による界面構造の変化を見出した。
次世代型蓄電池としてマグネシウム二次電池に注目し、負極反応として黒鉛へのマグネシウムイオン挿入反応を高イオン強度電解液で試みた。この系ではイオン液体を用い、リチウム塩とマグネシウム塩を溶解した電解液を作製した。マグネシウム塩の添加によりマグネシウムイオンの挿入は見られなかったが、本来進行するべきイオン液体構成カチオンの挿入が抑制されるという結果が得られ、このような特異性が高イオン強度電解液で発現する可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の研究実施計画にしたがって、高イオン強度電解液の物性評価と黒鉛電極における電気化学反応を調べている。着実に研究が進捗していると考えている。

今後の研究の推進方策

当初の研究実施計画にしたがって、有機電解液系とイオン液体電解液系に関する研究を継続するとともに、分光学的手法による界面構造解析を進める。また、電極/電解質界面における電気二重層構造の界面分光学による解析を継続する。さらに、リチウムイオン電池の正極材料、多価金属イオンをキャリアとする二次電池系への高イオン強度電解液の適用を検討する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Static Capacitance at the Electrochemical Liquid-liquid Interface Between Ionic Liquids and Eutectic Ga-In Alloy Measured Using the Pendant Drop Method2018

    • 著者名/発表者名
      NISHI Naoya、KOJIMA Yasuro、KATAKURA Seiji、SAKKA Tetsuo
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 86 ページ: 38~41

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.17-00081

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of the intercalation of dimethyl sulfoxide-solvated lithium ion into graphite and decomposition of the ternary graphite intercalation compound using in situ Raman spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Shohei Maruyama, Tomokazu Fukutsuka, Kohei Miyazaki, and Takeshi Abe
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 265 ページ: 41-46

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2018.01.035

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lithium-Ion Intercalation by Calcium-Ion Addition in Propylene Carbonate-Trimethyl Phosphate Electrolyte Solution2018

    • 著者名/発表者名
      Saya Takeuchi, Tomokazu Fukutsuka, Kohei Miyazaki, and Takeshi Abe
    • 雑誌名

      Journal of The Electrochemical Society

      巻: 165 ページ: A349-A354

    • DOI

      10.1149/2.1281802jes

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interfacial Structure at the Quaternary Ammonium-Based Ionic Liquids|Gold Electrode Interface Probed by Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy: Anion Dependence of the Cationic Behavior2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Nishi, Kazuya Minami, Kenta Motobayashi, Masatoshi Osawa, and Tetsuo Sakka
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 ページ: 1658-1666

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b10826

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anion dependence of camel-shape capacitance at the interface between mercury and ionic liquids studied using pendant drop method2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Nishi, Shunsuke Yasui, Atsunori Hashimoto, and Tetsuo Sakka
    • 雑誌名

      Journal of Electroanalytical Chemistry

      巻: 789 ページ: 108-113

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2017.02.001

    • 査読あり
  • [学会発表] その場ラマン分光法による黒鉛合剤電極内電解液の解析2018

    • 著者名/発表者名
      塩田隆人, 宋熹燁, 福塚友和, 宮原雄人, 宮崎晃平, 安部武志
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
  • [学会発表] ”その場”ラマン分光法による黒鉛合剤電極中の電解液の解析2017

    • 著者名/発表者名
      塩田隆人, 宋 熹燁, 福塚友和, 宮原雄人, 宮崎晃平, 安部武志
    • 学会等名
      第55回炭素材料学会夏季セミナー

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公開日: 2018-12-17  

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