リチウム塩溶媒和物のイオンホッピング伝導を利用した革新的電解質膜の創製

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リチウムイオンホッピング伝導を発現することが明らかになっているスルホランに超高濃度にリチウム塩を溶解させた電解液を高分子でゲル化した電解質の作製を行った。超濃厚電解液の特長を維持したままゲル化するために、リチウムイオンと相互作用が弱い官能基を有する高分子を合成し、ゲル電解質を調製することに成功した。ゲル電解質中におけるリチウムイオンの溶媒和構造をラマン分光法やNMRを駆使して解析した結果、高分子の官能基の電子供与性が低い場合には高分子と複合化前の電解液中の溶媒和構造が維持されることを確認した。一方、高分子の官能基の電子供与性が強い場合には、官能基がリチウムイオンと強く相互作用し、溶媒和構造が変化した。官能基の電子供与性が弱い高分子をマトリックスに用いることで、高いリチウムイオン輸率を有するゲル電解質の開発に成功したが、イオン伝導率は高分子の複合化により低下してしまった。この課題を解決するため、高分子含有量を極力低下させ、高いイオン伝導率を有するゲル電解質を開発する検討を行った。高分子含有量を低下させるとゲルの機械強度が低下してしまうが、イオン伝導率と機械強度のトレードオフを打破するために、均一網目構造を有する高分子マトリックスを設計し、高分子の合成手法の検討を行い、合成法確立に目途がついた。また、ゲル電解質中のイオン伝導メカニズムや電極／ゲル電解質界面における電気化学反応の解析も進め、ゲル電解質中のリチウム塩濃度やアニオン種がイオン伝導機構及び電気化学反応速度に大きな影響を及ぼすことが明らかになりつつある。