リチウム空気電池の充放電サイクル特性に及ぼす正極表面化学修飾の効果検証

验证正极表面化学修饰对锂空气电池充放电循环特性的影响

• 批准号: 20J20091
• 负责人: 西岡 季穂
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyoto University (2022)Osaka University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J20091/
• 关键词: リチウム空気電池; 次世代二次電池; 電気化学; 電解液; 金属リチウム負極

今年度も引き続きリチウム空気電池の新規電解液溶媒の開発に注力した研究を行ってきた。その中で、スルホンアミド官能基を有するN,N-ジメチルエタンスルホンアミド（DMESA）のLOB電解液溶媒としてのポテンシャルを評価したところ、DMESA電解液は高い酸化耐性と易分解性Li2O2の形成能という電池サイクル特性向上に重要な2つの要素を併せ持つことが明らかにされた。この特徴に基づき、充電過電圧が大幅に低下し、その結果としてサイクル特性が向上することが示された。スルホンアミド系分子のリチウム空気電池電解液としての適性は未だ十分に評価されていないものの、この分子を起点とする新規電解液の分子設計により更なる性能向上が見込まれる。また、今年度はリチウム空気電池の充電過電圧低減に向け、その反応機構を理解する目的に、これまで注力してきた気体生成物解析だけでなく固体生成物解析を実施した。これに関して、最先端の固体分析技術を有するドイツ・Justus-Liebig University Giessenへの海外渡航を行い、放電生成物であるLi2O2粒子及びLi2O2/電極界面、Li2O2/電解液界面被膜の詳細な分析も併せて行った。国内で実施したガス分析と、これらの固体分析手法で得られた結果を相補的に活用することにより、リチウム空気電池系全体の知見の体系化が見込まれる。

今年，我们继续进行专注于为锂空气电池开发新的电解质溶剂的研究。其中，将具有磺酰胺官能团的N，N-二甲基乙烷磺酰胺（DMESA）的潜力评估为LOB电解质溶剂，并且发现DMESA电解质有两个重要因素在改善电池循环特性（例如高氧化能力和易于形成的能力）上，可以轻松脱氧LI2O2O2。基于此功能，已经表明，充电过压大大降低，从而改善了循环特征。尽管尚未完全评估基于磺酰胺的分子作为锂 - 空气电池电解质的适合性，但通过该分子开始的新电解质的分子设计可以预期性能进一步改善。此外，今年，我们不仅进行了气体产品分析，还进行了固体产品分析，我们为了减少锂空气电池的过度电压而进行了稳定的产品分析，以了解反应机制。在这方面，我们前往德国的Justus-Liebig University Giessen，该大学具有尖端的固态分析技术，还对排放产品，LI2O2颗粒，LI2O2/Electrode界面和LI2O2/Electrolyter Loresolyter界面进行了详细分析。通过使用日本进行的气体分析以及使用这些固态分析方法以互补方式获得的结果，可以预期将对整个锂空气电池系统的知识进行系统化。

项目成果

種々の非水系リチウム酸素二次電池系における酸素 還元挙動と充放電特性の相関

各种非水锂氧二次电池系统中氧还原行为与充放电特性的相关性

• 发表时间: 2022
• 作者: 後藤 輝海;西岡 季穂;田中 瑞季;岩瀬 和至;向山 義治;中西 周次
• 通讯作者: 中西 周次

高い化学的安定性を示す非水系リチウム酸素電池用スルホンアミド系電解液

用于非水锂氧电池的磺酰胺基电解液具有高化学稳定性

• 发表时间: 2022
• 作者: 西岡季穂，齋藤守弘，松田翔一;中西周次
• 通讯作者: 中西周次

Formation of Highly Decomposable Li2O2 in Li-O2 Batteries equipped with Amide-based Electrolyte

配备酰胺基电解质的 Li-O2 电池中高分解性 Li2O2 的形成

• 发表时间: 2022
• 作者: Kiho Nishioka;Shuji Nakanishi
• 通讯作者: Shuji Nakanishi

非水系リチウム酸素電池系における過酸化リチウム の酸化分解特性評価

非水锂氧电池系统中过氧化锂氧化分解特性评价

• 发表时间: 2022
• 作者: 田中 瑞季;西岡 季穂;後藤 輝海;向山 義治;岡村 一広;長谷 陽子;中西 周次
• 通讯作者: 中西 周次

Macroscopically uniform and flat lithium thin film formed by electrodeposition using multicomponent additives

• DOI: 10.1016/j.elecom.2022.107238
• 发表时间: 2022-03
• 期刊: Electrochemistry Communications
• 影响因子: 5.4
• 作者: Kazuhiro Fukami;Akihiro Sakurai;Takamitsu Tsujimoto;Masaki Yamagami;A. Kitada;Kota Morimoto;K. Nishioka;Shuji Nakanishi;Yu Yoshikane;Toshimitsu Nagao;J. Katayama;K. Murase