電解液構造制御に基づく水溶液系リチウムイオン二次電池正極界面反応の高速化

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14322
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分36020:エネルギー関連化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山本 健太郎 京都大学, 人間・環境学研究科, 特定助教 (90755456)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: リチウムイオン二次電池 / 高濃度電解液 / 界面反応

研究成果の概要

高濃度水系電解液を用いるリチウムイオン二次電池は電解液のイオン伝導度が小さいにも関わらず、高いレート特性を示すことが知られているが、その機構は明らかになっていない。本研究では高濃度水溶液系リチウムイオン二次電池の正極/電解液界面反応に関する速度論的な知見を得ることを目的とした。界面を顕在化できる薄膜モデル電極を作製し、電池反応を電極内のLi+拡散、界面反応、電解液バルクのLi+拡散の各過程に切り分け、それぞれの電気化学的なパラメータの濃度依存性を評価した。その結果、高濃度では界面におけるLi+の挿入脱離反応の頻度因子が大幅に向上し、それが良好なレート特性に繋がっていることを明らかにした。

自由記述の分野

無機材料化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では水溶液系リチウムイオン二次電池の高出力化のために、高濃度水溶液中における電池内部の正極と電解界面の反応機構の解明を行った。その結果、高濃度電解液では界面におけるLi+の挿入脱離反応の頻度が大幅に向上し、それによって出力特性が向上することが明らかになった。得られた高濃度電解液中における電極反応の基礎的な知見は、電気化学分野の発展に繋がるだけはなく、水溶液系リチウムイオン二次電池やその他の電池系の開発にとっても重要なものである。