| 研究課題/領域番号 |
19H02811
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
萩原 理加 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (30237911)
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| 研究分担者 |
松本 一彦 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (30574016)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | リチウムイオン電池 / イオン液体 / 高温作動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では熱環境や廃熱を利用することによる、高温域で作動可能なリチウム二次電池用材料の開発と高温作動によるリチウム二次電池の高性能化を目的として研究に取り組んでいる。
本年度は高温作動に適した正極材料の探索を行った。硫化鉄系材料ではインサーション反応とコンバージョン反応の両方を組み合わせて作動することが知られているが、高温作動ではさらに複雑なメカニズムで作動していることが示唆された。充放電試験とＸ線回折測定によって初回放電と二回目放電では異なった経路でのリチウム挿入が起こっており、次年度以降さらに詳細な解析を進める。また、多硫化物イオンの溶解による副反応について調べたところ、高温では溶解度が高くなり、サイクル特性に悪影響が出ることを確かめた。フッ化鉄系材料では高温で作動することにより大きく放電容量を増加させることができる構造が見つかった。電気化学測定、Ｘ線回折測定、Ｘ線吸収分光測定を組み合わせた詳細な検討から、正方晶系のフッ化鉄をベースとした新しいメカニズムを明らかにした。
リチウムイオン電池用イオン液体について、インピーダンス法を用いて正しくリチウムイオン率が測定できることを確認するため、Li/Li[TFSA]-[C4C1pyrr][TFSA](x(Li[TFSA]) = 0.37)/Li対称セルを用いてリチウムイオンの輸率を測定し、文献値を比較した。60 °で得られたリチウムイオン輸率は、過去に同じ測定温度における測定で得られた値に近く、本実験で同手法を用いて得られた輸率も妥当な値であると考えられる。
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| 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
本研究の目的である、イオン液体電解質を用いた中高温の電池作動により、室温作動に比べてより優れた充放電特性を示す正極材料が複数見いだされ、その反応機構についても、かなりの部分を解明することができた。また、新しい電解質であるリチウムイオン液体の輸送特性として、リチウムイオン輸率やリチウムイオン導電率を精度よく測定する方法が確立され、今後リチウムイオン濃度や温度の輸送特性に及ぼす影響を評価する上で、重要な進捗があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
大型のリチウム二次電池としての応用を目指す本研究では、引き続き希少元素を含まないFeやMn、あるいはイオウなどのレドックスを利用し、これらの元素のフッ化物や硫化物を正極材料として検討する。本研究で開発しているリチウム二次電池には、FSA またはTFSA 系イオン液体を電解質として用いる。その特徴である中高温領域での熱的、化学的、電気化学的安定性を生かし、特にフッ化物系材料については中高温域で実用化に耐えうる性能を示す活物質として、これまでに見いだされているフッ化鉄、硫化鉄など、鉄系の材料をさらに詳細に検討する。負極材料に関する検討としてはこれらのイオン液体電解質 中で炭素負極上に生成し充放電を可能にする一方、不可逆容量の原因ともなるSEIの生成機構の解明を行う。また、先行研究により150℃では正負極間の短絡をもたらすデンドライト生成をほとんど起こさないことが明らかになっている金属リチウム負極について、さらなる検討を加える。
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