リチウム金属負極上のデンドライト成長に伴うLi^+イオン濃度分布の測定

電気自動車用電源としてリチウム金属負極の開発が急がれている。しかしながらリチウム金属の還元力は強く有機電解質との反応によりリチウム金属表面に不均一なイオン伝導性被膜SEIが形成され、負極はデンドライト成長し、電池の可逆性を保つことが不可能になる。これまでに電析Li金属のデンドライト成長とLi^+イオンの移動速度の"連結"性のような基礎的研究は試みられていない。本研究では次の3課題を検討した。l)長焦点作動型レーザー走査顕微鏡によるリチウム金属表面観察技術の開発デンドライト成長過程は電気化学プロセシングのみならずプラズマCVDプロセシングでもしばしば出現する。いずれの現象にも応用出来るように画像取り込み装置に長焦点距離対物レンズを用いて高分解能ゴニオメータを利用したレーザー走査技術と組み合わせ長焦点作動型レーザー走査顕微鏡によるリチウム金属表面電析形態観察装置を試作することを試みた。2)電気化学実験セル及びリチウム電極の試作本研究費で購入したグローボックス内に有機溶媒中からのリチウム金属電析実験セルを試作した。カールフィシャー水分分析計を用いて溶媒中の水分濃度を計測しつつ、PC-LiClO_4電解液の屈折率のLiClO_4濃度依存性を計測した。モレキュラーシーブを用いて雰囲気ガス中の水分を制御し得るシステムを作成できた。3)ホログラフィックレーザー干渉計によるLi^+イオン濃度分布の測定レーザホログラフィック干渉計を用いて定電流電解実験に伴うPC電解液中に設置したリチウム金属およびNi金属負極近傍のLi^+イオンの移動速度や表面過電圧の測定を行った。電析初期過程ではSEI生成反応に関連したと考えられる潜伏期間が現れ、電流密度が高くなるに従い、その潜伏期間は短くなった。電流密度が高い場合には、Li^+イオン濃度境界層厚さの発達過程を境界層理論で説明することが出来た。今後は長焦点作動型レーザー走査顕微鏡で電析形態のin-situ観察を行う。これら両者の結果を比較検討してLi^+イオンの移動速度とリチウム金属電析形態を"連結"することを試みる。

電気自動車用電源としてリチウム金属負極の開発が急がれている。しかしながらリチウム金属の還元力は強く有機電解質との反応によりリチウム金属表面に不均一なイオン伝導性被膜SEIが形成され、負極はデンドライト成長し、電池の可逆性を保つことが不可能になる。これまでに電析Li金属のデンドライト成長とLi^+イオンの移動速度の"連結"性のような基礎的研究は試みられていない。本研究では次の3課題を検討した。l)長焦点作動型レーザー走査顕微鏡によるリチウム金属表面観察技術の開発デンドライト成長過程は電気化学プロセシングのみならずプラズマCVDプロセシングでもしばしば出現する。いずれの現象にも応用出来るように画像取り込み装置に長焦点距離対物レンズを用いて高分解能ゴニオメータを利用したレーザー走査技術と組み合わせ長焦点作動型レーザー走査顕微鏡によるリチウム金属表面電析形態観察装置を試作することを試みた。2)電気化学実験セル及びリチウム電極の試作本研究費で購入したグローボックス内に有機溶媒中からのリチウム金属電析実験セルを試作した。カールフィシャー水分分析計を用いて溶媒中の水分濃度を計測しつつ、PC-LiClO_4電解液の屈折率のLiClO_4濃度依存性を計測した。モレキュラーシーブを用いて雰囲気ガス中の水分を制御し得るシステムを作成できた。3)ホログラフィックレーザー干渉計によるLi^+イオン濃度分布の測定レーザホログラフィック干渉計を用いて定電流電解実験に伴うPC電解液中に設置したリチウム金属およびNi金属負極近傍のLi^+イオンの移動速度や表面過電圧の測定を行った。電析初期過程ではSEI生成反応に関連したと考えられる潜伏期間が現れ、電流密度が高くなるに従い、その潜伏期間は短くなった。電流密度が高い場合には、Li^+イオン濃度境界層厚さの発達過程を境界層理論で説明することが出来た。今後は長焦点作動型レーザー走査顕微鏡で電析形態のin-situ観察を行う。これら両者の結果を比較検討してLi^+イオンの移動速度とリチウム金属電析形態を"連結"することを試みる。