大容量金属負極のための超マイクロ電極を利用したリチウム金属の電析機構の解明

2020 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04965
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分30010:結晶工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 西川 慶 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (30457824)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: リチウム金属 / 電析 / 電池 / 結晶成長 / 超微小電極 / 電子顕微鏡観察

研究成果の概要

次世代二次電池の負極材料として有力な候補であるリチウム金属の電析反応機構の解明のため、超微小電極上でのリチウム金属電析実験を行った。電析されたリチウム金属の3次元構造解析を行い、リチウムイオン電池に汎用的に使われている電解液中において電析させたリチウムは均一な径を有する柱状の形態を有し、基板である銅表面に至るまで非常に密な構造を有することを確認した。その表面被膜に関しては、cryo-STEM-EELS分析によって、LiFを主成分とした厚さが 20～30nmの皮膜であることを確認した。本研究で積み重ねた測定ノウハウは、リチウム金属の電析形態および表面の被膜分析に有効に活用することが期待できる。

自由記述の分野

電気化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

持続可能な社会実現のために、高性能二次電池は、エネルギーの高効率利用という意味で、非常に重要である。リチウム金属は、リチウムイオン電池の現行の負極を大きくしのぐ理論容量を有する材料で、実用化されることの意義は大きい。ただし、そのためには安全かつ長期間の利用が出来なければならない。本研究はこの課題解決のために、リチウム金属の基礎的知見を深めるためのものであり、将来のリチウム金属電池実現に資するものである。