Elucidation of the function of discharge / charge reaction at the air electrode of lithium-air secondary battery using room-temperature ionic liquids

点击翻译按钮获取中文摘要

本年度は電解質／空気極の界面設計に関する基礎的知見を得るため、空気極にケッチェンブラックを、電解質にアミド系イオン液体（IL）を用いたリチウム－空気二次電池（LABs）を作製し、以下の2つの項目を実施した。まず、電解質に室温域で液体である環式脂肪族カチオンとビス（トリフルオロメタンスルホニル）アミド（TFSA）アニオンから成るILを用いたLABsを作製し、電解質の種類（有機溶媒系, IL系）がLABsの電気化学的特性と空気極の界面挙動に及ぼす影響を検討した。有機溶媒系と比べて、IL系の1サイクル目の放充電容量およびエネルギー効率は高かった。電気化学インピーダンス測定(EIS)を実施し、1サイクル目の充電後のナイキストプロットを得たところ、有機溶媒系の界面抵抗と比べ、IL系は低かった。これにより、IL系で生成される副生成物は充電による残存が少ないため、有機溶媒系よりも低い界面抵抗を維持できる可能性が示唆された。以上より、IL系では放電中に生成されたIL由来の副生成物は充電により効率的に分解されることで、良好な電池特性を示すと考えられる。次に、TFSAアニオンから成るILと比べ、低粘性率を示すビス（フルオロスルホニル）アミド（FSA）アニオンから成るILに展開して、電解質の種類（有機溶媒系, IL系）がLABsの空気極の界面挙動と放電生成物の関係を検討した。EISを実施し、1サイクル目の放電後のナイキストプロットを得たところ、有機溶媒系の界面抵抗と比べ、IL系は低かった。FE-SEM/EDXより、FSAアニオンの還元により、酸素、フッ素、硫黄を含む副生成物が均一に堆積している可能性が示唆された。以上より、FSAアニオンを有するILにおいても、アニオン由来の副生成物が空気極の表面を覆うが、電解質／空気極の界面抵抗が低いことから、LABs用電解質として適用できる可能性が示唆された。