走査型トンネル顕微鏡によるリチウム二次電池黒鉛負極/有機電解液界面反応の解析

扫描隧道显微镜分析锂二次电池石墨负极/有机电解液界面反应

• 批准号: 09237233
• 负责人: 安部 武志
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09237233/
• 关键词: リチウム二次電池; 黒鉛負極; 電解液; 走査型トンネル顕微鏡; サイクリックボルタンメトリー; 被膜形成

近年、リチウム二次電池の研究が盛んである。リチウム二次電池の負極材料としては炭素材料、特に高結晶性の黒鉛化材料が用いられている。リチウム二次電池の充放電は黒鉛化材料へのリチウムイオンの挿入脱離に伴うことが知られている。しかし、電解液によっては黒鉛化材料へリチウムイオンが挿入せす、電解液の分解が生じる。これらの現象は数多くの研究者によって報告されているが、その原因は未だ解明されていない。そこで、本研究では、種々の電解液中でのリチウムイオンの黒鉛に対する挿入反応の初期過程を走査型トンネル顕微鏡で調べることを目的とした。結果を以下に記す。1)サイクリックボルタンメトリーを用いて1Mの過塩素酸リチウムを電解質として含む炭酸エチレン-炭酸ジエチル混合溶液、炭酸エチレン-ジメトキシエタン混合溶液、炭酸プロピレン中での黒鉛の電気化学的特性を調べた。いずれの電解液でも還元電流が1V付近から流れており、電解液の分解が生じることが分かった。炭酸プロピレン中では、第2サイクル以降も還元電流が流れ続け、安定な被膜が形成されないことが示された。2)走査型トンネル顕微鏡観察の結果では、サイクリックボルタンメトリーの結果と非常に良い一致を示した。すなわち、炭酸プロピレンを用いた場合には、黒鉛層の剥離が起こり続け、リチウムの挿入反応が認められなかった。また、その他の電解液の場合では、被膜形成は溶媒和リチウムイオンが黒鉛層間に侵入し、その後、溶媒和リチウムイオンが分解し、被膜を形成することが分かった。

In recent years, research on リチウム secondary batteries has been increasingly focused on が and んである. Youdaoplaceholder0 secondary battery <s:1> negative electrode material と て て carbon material and extremely に highly crystalline <s:1> black leaded material が られて られて る る. Youdaoplaceholder0 secondary battery <s:1> charging and discharging られて black leaded material へ リチウム リチウム <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <s:1> <e:1> release に accompanied by う とが とが knowledge られて る る る る る The electrolyte によって によって the blackened leaded material へリチウム <s:1> <s:1> が is inserted into せす, and the electrolyte <s:1> decomposes が to produce じる. は こ れ ら の phenomenon more く の researchers に よ っ て report さ れ て い る が, そ は の reasons not だ interpret さ れ て い な い. そ こ で, this study で は, kind of 々 の で in electrolyte の リ チ ウ ム イ オ ン の black lead に す seaborne る scions into reverse 応 の early process を walkthrough type ト ン ネ ル 顕 micromirror で adjustable べ る こ と を purpose と し た. The result を the following に is recorded as す. 1) サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ ン メ ト リ ー を with い て 1 m の too acid salt element リ チ ウ ム を electrolyte と し て エ with む carbon acid チ レ ン - carbon acid ジ エ チ ル mixture, carbon acid エ チ レ ン - ジ メ ト キ シ エ タ ン mixture, carbon acid プ ロ ピ レ ン in で の black lead の electric 気 chemical features を adjustable べ た. い ず れ の electrolyte で も also yuan current が 1 v to pay nearly か ら flow れ て お り, electrolyte decomposition が の じ る こ と が points か っ た. In the carbon acid プ ロ ピ レ ン で は, 2 サ イ ク ル drop も for yuan electric current to flow が れ 続 け, stable な が by membranes to form さ れ な い こ と が shown さ れ た. Type 2) walkthrough ト ン ネ ル 顕 micromirror 観 examine の results で は, サ イ ク リ ッ ク ボ ル タ ン メ ト リ ー の results agree very good に い と を shown し た. す な わ ち, carbon acid プ ロ ピ レ ン を with い た occasions に は, black lead layer の stripping が こ り 続 け, リ チ ウ ム の scions into reverse 応 が recognize め ら れ な か っ た. ま た, そ の の electrolyte の occasions he で は, capsule formation は solvent and リ チ ウ ム イ オ ン が black lead interlayer に invasion し, そ の, solvent, and after リ チ ウ ム イ オ ン が decomposition し, を by membranes to form す る こ と が points か っ た.

项目成果

Minoru Inaba et al.: "Electrochemical STM Analysis of the Surface Reactions on Graphite Basal Plane in Ethylene Carbonate-Based Solvents and Propylene Carbonate" Journal of Power Sources. 68. 221-226 (1997)

Minoru Inaba 等人：“碳酸乙烯酯基溶剂和碳酸丙烯酯中石墨基面表面反应的电化学 STM 分析”《电源杂志》。

A.Funabiki et al.: "AC Impedance Analysis of Electrochemical Lithium Intercalation into Highly Oriented Pyrolytic Graphite" Journal of Power Sources. 68. 227-231 (1997)

A.Funabiki 等人：“电化学锂嵌入高度定向热解石墨的交流阻抗分析”电源杂志。

T.Abe et al.: "Intercalation of Lithium into Natural Graphite Flakes and Heat-treated Polyimide Films in Ether-type Solvents by Chemical Method" Journal of Power Sources. 68. 216-220 (1997)

T.Abe 等人：“通过化学方法将锂嵌入到醚型溶剂中的天然石墨片和热处理聚酰亚胺薄膜中”《电源杂志》。