Investigation of determining factor on electrochemical stabilities of lithium and sodium metal battery electrolytes

锂、钠金属电池电解液电化学稳定性决定因素的研究

• 批准号: 21K05263
• 负责人: 万代 俊彦
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute for Materials Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05263/
• 关键词: 蓄電池; 電解液; アルカリ金属; 還元安定性; アート錯体; リチウム; ナトリウム; アニオン; 安定性; 還元; 酸化; アルカリ金属電池; 電解質; 分解; 電析

昨年度に引き続き、アルカリ金属負極に対して(電気)化学的に安定かつ、耐酸化性にも優れる電解質の設計指針の確立に向け、[B(OR)4]系アルカリ金属電解液にて構造物性相関を検討した。アルカリ金属の電析挙動を精査した結果、Mg電池電解液として優れた特性を発現する[B(HFIP)4] (HFIP = OCH(CF3)2) はLiやNaに対して化学的に不安定であり、電析過程でアニオンが分解することが分かった。一方で、LiやNaと比肩する還元力を持つCaに対してはアニオンが直ちに分解されることはなく、エーテル溶媒の分解が顕著に進行することが判明した。このことは、イオンの溶存状態や溶液構造が電解液の安定性に支配的な影響を及ぼしていることを示唆している。そこで一価および二価カチオンを備えた一連の[B(HFIP)4]系電解液を調製し、溶液構造と安定性の相関性を系統的に評価した。その結果、一価カチオン系電解液では、カチオンとアニオンが会合した状態で安定化しているのに対し、二価カチオン系電解液ではカチオンとアニオンが高度に解離していることが分かった。金属イオンは強い電場効果によって周囲に存在する化学種を分極し、還元安定性を低下させることが実験と計算の両面から実証されている。このことから、嵩高い置換基によりイオン会合を抑制することで、アニオンの還元安定性を保持することが重要であると考えられる。[B(TFE)4] (TFE = OCH2CF3)は、量子化学計算的には[B(HFIP)4]よりも還元安定性に優れるものの、[B(HFIP)4]系電解液よりも可逆性に劣るという実験事実も、会合状態の制御の重要性を支持している。

Yesterday's annual に lead き 続 き, ア ル カ リ metal anode に し seaborne て 気 (electricity) chemical に settle か つ, acidification resistance に も optimal れ る electrolyte の design pointer to け に の established, (OR) 4 [B] ア ル カ リ metal electrolyte に て phase structure sex masato を beg し 検 た. ア ル カ リ の metal electrode 挙 dynamic を fine check し た results, Mg battery electrolyte と し て optimal れ た features を 発 now す る [B (HFIP) 4] (HFIP = OCH (CF3) 2) は Li や Na に し seaborne て chemical に unrest で あ り, electrode process で ア ニ オ ン が decomposition す る こ と が points か っ た. Alongside a で, Li や Na と す る つ Ca is force を に し seaborne て は ア ニ オ ン が straight ち に decomposition さ れ る こ と は な く, エ ー テ ル solvent の decomposition が 顕 に take す る こ と が.at し た. こ の こ と は, イ オ ン の dissolved state や が の electrolyte solution structure stability に な dominated influence を and ぼ し て い る こ と を in stopping し て い る. そ こ で a 価 お よ び two 価 カ チ オ ン を prepared え た for の [B (HFIP) 4] department と を し modulation, electrolyte solution structure stability の masato を system of に review 価 し た. そ の results, a 価 カ チ オ ン series electrolyte で は, カ チ オ ン と ア ニ オ ン meet が し た state で stabilization し て い る の に し seaborne, two 価 カ チ オ ン series electrolyte で は カ チ オ ン と ア ニ オ ン が highly に dissociation し て い る こ と が points か っ た. Metal イ オ ン は strong electric field working fruit い に よ っ て weeks 囲 に exist す る chemical を points very し, yuan also low stability を さ せ る こ と が be 験 と computing の struck surface か ら card be さ れ て い る. こ の こ と か ら, song high い replacement に よ り イ オ meet ン を inhibit す る こ と で, ア ニ オ ン の still keep yuan stability を す る こ と が important で あ る と exam え ら れ る. [B (TFE) 4] (TFE) = OCH2CF3 は, quantum chemistry calculation of に は [B (HFIP) 4] よ り も also yuan stability に optimal れ る も の の, [B (HFIP) 4] electrolyte よ り も reversible に substandard る と い う be 験 things be も importance, meet state の royal の を support し て い る.

项目成果

ホウ素系電解液からの各種金属負極の電析挙動

硼基电解液各种金属负极的电沉积行为

• 发表时间: 2022
• 作者: 掛橋 雄太;石井 陽祐;川崎 晋司;万代俊彦
• 通讯作者: 万代俊彦

Mg金属電池用電解液の開発と今後の課題

镁金属电池电解液的发展及未来挑战

• 发表时间: 2023
• 作者: 石井陽祐;岡村卓実;川崎晋司;万代俊彦
• 通讯作者: 万代俊彦

Oxygen - a fatal impurity for reversible magnesium deposition/dissolution

氧气 - 可逆镁沉积/溶解的致命杂质

• DOI: 10.1039/d3ta01286g
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Materials Chemistry A
• 影响因子: 11.9
• 作者: Mandai Toshihiko;Watanabe Mariko
• 通讯作者: Watanabe Mariko

Comparative Studies on [B(HFIP)4]-Based Electrolytes with Mono- and Divalent Cations

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c01160
• 发表时间: 2023-04
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Toshihiko Mandai;Hiroko Naya;H. Masu