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Development of electrochemical measurement method under ultra-high pressure and application to battery reaction analysis

超高压电化学测量方法开发及其在电池反应分析中的应用

基本信息

批准号：
21K05258
负责人：
石井陽祐
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
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

项目摘要

リチウムイオン電池（LIB）の更なる高容量化に向け、Li金属の溶解・析出反応を利用した負極開発への期待が高まっている。Li負極の開発における課題は、充電時に析出するLi金属の形態制御である。Liは充電反応時に樹状結晶（デンドライト）が析出しやすく、この結晶が正極まで成長すると電池内が短絡し、爆発・発火を生じる危険性がある。このため、どのような条件で、どのような形状のLiが析出するか明らかにすることが重要である。これらの背景を踏まえ、本年度の研究では、LIB用有機電解液中におけるLi金属の電析反応に及ぼす圧力の影響の調査を行った。具体的には1 M LiPF6/EC+DEC（1:1vol.）電解液中におけるLi金属の電析反応を、大気圧～0.4 GPaの圧力範囲で調査した。定電流電析に伴うクロノポテンショグラムを解析することで、金属Li結晶核の生成・成長に必要な過電圧を定量化し、電析生成物の形態を大気非暴露の電子顕微鏡観察により調査した。電流密度を0.13 mA/cm2と1.3 mA/cm2の2種類で変えて比較したところ、Liの析出形態におよぼす圧力の影響に差異が見られることが明らかとなった。0.13 mA/cm2で電析を行った場合、大気圧下（0.1 MPa）では太さが約2～10μmのデンドライト状の結晶が析出したが、0.13 GPaでは、デンドライトの析出は起こらなかった。一方、1.3 mA/cm2で電析を行った場合、大気圧下ではデンドライト析出は生じなかったが、0.13 GPaでは太さが約0.5～2μmのデンドライト状のリチウムの析出が確認された。交流インピーダンス測定とクロノポテンショグラムの解析により、圧力が高くなるほど結晶核生成に必要な過電圧が増大し、Li+の拡散抵抗が増大することがわかった。核生成過電圧とイオン拡散抵抗のバランスにより、析出形態の違いが生じたと考えられる。

The development of lithium ion batteries (LIB) is expected to increase in capacity and in the utilization of Li metal dissolution and precipitation reactions. Li electrode development problems, charging precipitation of Li metal morphology control problems. When Li is charged, dendritic crystals precipitate and grow, causing short-circuiting, explosion and fire in the battery. This is the first time I've ever seen a person who's been in a relationship with someone else. This year's research is aimed at investigating the effects of Li metal on the electrochemical reaction and pressure in organic electrolytes for LIB. Specifically, 1M LiPF6/EC+DEC (1:1 vol.) Electrolyte Li metal in the electrolytic reaction, high pressure ~0.4 GPa pressure range was investigated. The formation and growth of Li crystal nuclei were investigated by electron microscopy and electron microscopy. The current density is 0.13 mA/cm2 and 1.3 mA/cm2. The difference between the two kinds of current density and the precipitation form of Li is obvious. 0.13 mA/cm2. Under high pressure (0.1 MPa), the precipitation of crystalline particles of about 2~10μm in diameter occurs at 0.13 GPa. In the case of 1.3 mA/cm2 electroanalysis, precipitation occurs at high pressure, and precipitation is confirmed at 0.13 GPa, about 0.5~2μm. AC voltage measurement, analysis, pressure increase, necessary overvoltage increase, Li+ dispersion resistance increase Nuclear generation voltage, dispersion resistance, precipitation morphology, generation, and investigation