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高効率・長寿命金属リチウム二次電池の実現に向けた多機能被膜の創製

开发多功能涂层以实现高效、长寿命的金属锂二次电池

基本信息

批准号：
21K14731
负责人：
前吉雄太
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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-21K14731/
关键词：
高分子電解質電気化学二次電池金属リチウム負極

项目摘要

金属リチウムは、二次電池の高エネルギー密度化を実現する究極の高容量負極材料である。しかし、金属リチウム表面で従来の電解液が還元分解されて形成される被膜が不安定であることに起因して、充電時にリチウムが針状に析出する。これが原因で、充放電効率が低く、寿命が短いことが問題となっている。本研究は、リチウム塩高濃度電解液と高分子膜を組み合わせることで、優れたリチウムイオン輸送特性と安定性を兼ね備える被膜を開発し、金属リチウム負極の平滑な析出と高効率・長寿命化を実現することを目的としている。2021年度に、イミド系リチウム塩とスルホン系溶媒から成る高濃度電解液とフッ素系高分子を組み合わせたゲル電解質で被覆した電極を用いることで、金属リチウム負極の密な析出形態を実現し、リチウム析出溶解反応の効率（金属リチウム負極の充放電効率）とサイクル寿命を向上できることを見出している。2022年度は、このゲル電解質被覆による金属リチウム負極の高性能化の要因を調査した。ラマン分光測定より、本ゲル電解質中ではリチウムイオンとイミド系アニオンが強く相互作用していることを見出した。また、本ゲル電解質で被覆した電極を用いることで、イミド系アニオン由来の成分を多く含有する安定な被膜を形成でき、金属リチウム負極/電解液界面の抵抗を低減できることが分かった。これは本ゲル電解質中でのリチウムイオンとイミド系アニオンの強い会合に起因すると考えられる。この被膜によるLi析出溶解反応過程の高速化・安定化により、金属リチウムの密な析出形態が実現したことで、電解液の還元分解反応や金属リチウムの不活性化が抑制され、リチウム析出溶解反応の高効率・長寿命化が可能となったと考えられる。

The ultimate high-capacity electrode material for high-density rechargeable batteries is realized by metal plating. Electrolyte from the surface of the metal layer is decomposed and formed, and the coating is unstable due to needle precipitation during charging. The reason for this is that the rate of discharge is low, and the life span is short. The purpose of this study is to optimize the transport characteristics and stability of high concentration electrolyte and polymer film, and to develop a smooth deposition of metal electrolyte and polymer film with high efficiency and long life. In 2021, the formation of high concentration electrolyte and high concentration polymer electrolyte coated electrode was studied. The dense precipitation morphology of metal electrode was realized. The precipitation dissolution reaction rate (charging rate of metal electrode) was improved. In 2022, we will investigate the main factors of high performance of metal electrolyte coating. Spectroscopic determination of the presence of a strong interaction in the electrolyte The electrolyte is coated with a stable coating formed by a plurality of components of the electrolyte system, and the resistance of the electrode/electrolyte interface is reduced. This is the reason why the electrolyte is so weak and weak. The high speed and stabilization of the Li precipitation dissolution reaction process in the coating film, the dense precipitation morphology of the metal particles, the inhibition of the reduction decomposition reaction of the electrolyte and the deactivation of the metal particles, the high efficiency and long life of the Li precipitation dissolution reaction are possible.