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Establishment of in-situ estimation method of lithium accumulated in lithium ion secondary batteries using elastic recoil detection technique

利用弹性反冲检测技术建立锂离子二次电池中累积锂的原位估算方法

基本信息

批准号：
20K05138
负责人：
土屋文
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Meijo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、大気雰囲気において液体中のリチウム濃度を約10 nmの深さ分解能で高感度に測定できる反跳粒子検出(ERD)法を用いて、リチウム(Li+)イオン電池の充放電時における電極-液体電解質界面のLi+イオン移動量をその場で測定し、Li+イオン移動機構を解明するとともに、充放電時の電極および電解質内の過渡的なLi蓄積量を定量的に評価する手法を確立することを目的とした。アルミニウム(Al)を集電体、厚さ約107 μmのLiCoO2を正極、Liを負極、LiPF6を液体電解質としたLi+イオン電池(Al/LiCoO2|LiPF6|Li/Al)試料およびポテンショスタットによる電気化学測定を用いて作製した50%充電(SoC 50%)、100%充電(SoC 100%)、50%放電(SoC 50%)および100%放電(SoC 0%)状態のLiCoO2中のLiおよびH濃度について、令和2年度に改良したERD法によるLiおよびH濃度その場分析装置を用いて調べたところ、LiCoO2中のH濃度は、充電によるLi濃度の減少に伴い増加し、放電によるLi濃度の増加に伴い減少することがわかった。次に、第一原理計算を用いて、H導入による欠陥形成エネルギーを求めた結果、HはLiCoO2中の四面体型および八面体型格子間位置およびO空孔位置よりも、Li空孔位置付近に最も安定に占有することがわかった。従って、充電時では、LiPF6電解液に含まれるHはLiCoO2からのLi+イオンの脱離により形成されたLi空孔へ蓄積し、放電時では、LiPF6からLiCoO2へ駆動されたLi＋イオンはLi空孔に蓄積されたHと置換することが判明された。

In this study, the concentration of chlorine in the large-scale liquid was about 10 The decomposition energy of nanometers is measured with high sensitivity and the rebound particle emission (ERD) method is used for the measurement of nanometers and high sensitivity. The amount of movement of Li+ イオン at the electrode-liquid electrolyte interface during charging and discharging of (Li+) イオン battery Measurement of をそのfield, Li+イオン moving mechanism, solution, and electrode during charge and discharge. The accumulated amount of NaLi in the electrolyte can be quantitatively evaluated using a method to determine the purpose of the test.アルミニウム(Al) current collector, thickness is about 107 μmのLiCoO2をpositive electrode, Liをnegative electrode, LiPF6をliquid electrolyte and Li+イオン battery (Al/LiCoO2| LiPF6|Li/Al) sample electrolyte chemical measurement using the およびポテンショスタットによる produced by いてした50% charge (SoC 50%), 100% charge (SoC 100%), 50% discharge (SoC 50%) および100% discharge (SoC 0%) state of LiCoO2, the concentration of H concentration in LiCoO2, the improvement of ERD method in Reiwa 2, the concentration of Li H concentration in the field analysis device, the adjustment ofべたところ、H concentration in LiCoO2、Charging によるLi concentration is reduced The increase in discharge and the increase in Li concentration are related to the decrease in discharge. Second, use of first principles calculations, H-introduced tetrahedral shape in LiCoO2 The position of the octahedral lattice is the same as the position of the pores, and the position of the pores is close to each other and is the most stable and stable.従って、When charging, the LiPF6 electrolyte contains まれるH はLiCoO2 からのLi+イオンのdetachment によりforms されたLi pores and accumulatesし、When discharging, LiPF6 and LiCoO2 are moving and Li vacancies are accumulated and replaced.