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2019 年度 実績報告書

溶融溶媒和物電解液の開拓と高電圧二次電池への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17J10359
研究機関東京大学

研究代表者

Ko Seongjae  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2020-03-31
キーワードAnion intercalation / Concentrated electrolyte / Li-ion batteries / electrolyte / Wide potential window
研究実績の概要

リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化に対する社会的ニーズが益々高まっている。その一環として、既存の4 V級より高い作動電位を有する次世代5 V級正極材料の構造解析や電気化学的性能評価が過去10年間活発に行われてきたが、まだ実用化までには至っていない。この原因として、正極材料、集電体、電解液、バインダー、セパレーター、炭素導電助剤など電池を構成するほぼ全ての材料が5 Vの強い酸化雰囲気において激しく劣化してしまうことが挙げられる。当研究室では日本学術振興会のサポートの基に行われた過去2年間の研究を通し、高酸化耐性の新規常温溶融溶媒和物電解液の開発、そして電池構成部材 (セパレーター、バインダー、炭素導電助剤) の最適化を行い、初めて4.8 V Li2CoPO4F/graphite (cutoff 5.2 V) フルセルの安定作動に成功した。しかしながら、その性能は500回の充放電のおいて初期容量維持率80 % 程度であり、実用化した 4 V級リチウムイオン電池の基準 (80 %初期容量維持率/1000回充放電) を満たすことはできなかった。これは今までの高電圧フルセル開発の戦略において我々が見逃していた重要な因子が存在することを示唆する。今年度は、多角度の検討を通し炭素導電助剤へのアニオンインタカレーションが充放電安定性に多大なる影響を及ぼすことを明らかにした。このことから、今まで報告されたことのない炭素導電助剤へのアニオンインタカレーションを抑制する高電圧電解液システムの開発と共に、4.8 V Li2CoPO4F/graphite (cutoff 5.2 V) フルセルの充放電安定性の大幅向上 (93 %初期容量維持率/1000回充放電) に成功したことを報告する。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) 学会発表 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Stability of conductive carbon additives in 5?V-class Li-ion batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Ko Seongjae、Yamada Yuki、Lander Laura、Yamada Atsuo
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 158 ページ: 766~771

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.11.051

  • [雑誌論文] Lithium-salt monohydrate melt: A stable electrolyte for aqueous lithium-ion batteries2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Seongjae、Yamada Yuki、Miyazaki Kasumi、Shimada Tatau、Watanabe Eriko、Tateyama Yoshitaka、Kamiya Takeshi、Honda Tsunetoshi、Akikusa Jun、Yamada Atsuo
    • 雑誌名

      Electrochemistry Communications

      巻: 104 ページ: 106488~106488

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.106488

  • [雑誌論文] Formation of a Solid Electrolyte Interphase in Hydrate-Melt Electrolytes2019

    • 著者名/発表者名
      Ko Seongjae、Yamada Yuki、Yamada Atsuo
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 11 ページ: 45554~45560

    • DOI

      https://doi.org/10.1021/acsami.9b13662

  • [学会発表] 5 V級 Li2CoPO4F/Graphiteフルセルの可逆作動を可能にする高濃度電解液の開発2019

    • 著者名/発表者名
      高晟齊, 山田裕貴, 山田淳夫
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会
  • [学会発表] 高電圧水系二次電池に向けた単水和型ハイドレートメルト電解液の開発2019

    • 著者名/発表者名
      高 晟齊, 山田 裕貴, 宮﨑 かすみ, 島田 頌, 渡部 絵里子, 館山 佳尚, 神谷 武志, 本田 常俊, 秋草 順, 山田 淳夫
    • 学会等名
      電池討論会
  • [産業財産権] 蓄電デバイス用水系電解液及びこの水系電解液を含む蓄電デバイス2019

    • 発明者名
      山田淳夫、山田裕貴、高晟齊、神谷武志、本田常俊、秋草順
    • 権利者名
      山田淳夫、山田裕貴、高晟齊、神谷武志、本田常俊、秋草順
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2019-51517

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公開日: 2021-01-27  

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