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本研究ではリチウムイオン電池に使われている有機電解液中の溶媒和リチウムイオンの構造に焦点を当て、リチウムイオン電池黒鉛負極特性との相関を基礎的に明らかにすることを目的とした。
本年度は昨年度に引き続き、ルイス酸としてカルシウムイオンを主に用いた。リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)アミド（LiTFSA）を溶解した炭酸プロピレン（PC）に種々の濃度でカルシウム塩としてCa(TFSA)2を溶解した電解液を調整した。このような電解液は高粘性であることから、実際の電池系に用いることを鑑みて、低粘性溶媒である炭酸ジメチル（DMC）を添加した。その結果、DMCの少量添加ではリチウムイオンの挿入脱離は進行しなかったが、DMC/PC=10になるとリチウムイオンの挿入が可能であった。このことからLi/Ca比およびDMC/PC比の両方がリチウムイオン挿入に影響を与えることが明らかとなった。また、PCとTFSAを用いた系ではラマン分光測定ではバンドが重なるため、明確な解析ができなかったので、溶媒をジメチルスルホキシド（DMSO）として、リチウムイオン挿入脱離について調べた。DMSOの場合でもPCと同様の挙動が見られた。そこで、ラマン分光測定により溶媒和リチウムイオンの構造を調べた。ラマンスペクトルからリチウムイオンの挿入が可能となる濃度ではフリーのDMSOが存在しないことが分かった。すなわち、カルシウム塩添加により、フリーな溶媒が存在しなくなることが黒鉛へのリチウムイオンの挿入を可能としたしたことが分かった。他のルイス酸としてマグネシウムイオンについても調べており、同様な結果が得られた。
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