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Development of solvate-melt electrolytes for high-voltage batteries

用于高压电池的溶剂化熔融电解质的开发

基本信息

批准号：
17J10359
负责人：
Ko Seongjae
金额：
$ 1.6万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化に対する社会的ニーズが益々高まっている。その一環として、既存の4 V級より高い作動電位を有する次世代5 V級正極材料の構造解析や電気化学的性能評価が過去10年間活発に行われてきたが、まだ実用化までには至っていない。この原因として、正極材料、集電体、電解液、バインダー、セパレーター、炭素導電助剤など電池を構成するほぼ全ての材料が5 Vの強い酸化雰囲気において激しく劣化してしまうことが挙げられる。当研究室では日本学術振興会のサポートの基に行われた過去2年間の研究を通し、高酸化耐性の新規常温溶融溶媒和物電解液の開発、そして電池構成部材 (セパレーター、バインダー、炭素導電助剤) の最適化を行い、初めて4.8 V Li2CoPO4F/graphite (cutoff 5.2 V) フルセルの安定作動に成功した。しかしながら、その性能は500回の充放電のおいて初期容量維持率80 % 程度であり、実用化した 4 V級リチウムイオン電池の基準 (80 %初期容量維持率/1000回充放電) を満たすことはできなかった。これは今までの高電圧フルセル開発の戦略において我々が見逃していた重要な因子が存在することを示唆する。今年度は、多角度の検討を通し炭素導電助剤へのアニオンインタカレーションが充放電安定性に多大なる影響を及ぼすことを明らかにした。このことから、今まで報告されたことのない炭素導電助剤へのアニオンインタカレーションを抑制する高電圧電解液システムの開発と共に、4.8 V Li2CoPO4F/graphite (cutoff 5.2 V) フルセルの充放電安定性の大幅向上 (93 %初期容量維持率/1000回充放電) に成功したことを報告する。

The high density of secondary batteries in China is beneficial to the society. The structural analysis and electrochemical performance evaluation of the existing 4V electrode materials have been carried out in the past 10 years. The reason for this is that the electrode material, current collector, electrolyte, electrolyte, carbon conductive assistant, battery composition, and materials of the whole battery are excited and deteriorated by 5 V strong acid gas. During the past two years, the research laboratory has successfully conducted research on the development of new room temperature solvent and electrolyte with high acidification resistance, optimization of battery components (such as carbon conductive agent, carbon conductive agent), and stable operation of 4.8 V Li2CoPO4F/graphite (cutoff 5.2 V). The performance of the battery is 80% of the initial capacity maintenance rate of 500 cycles of charge. The battery is used for the benchmark of 4 V class battery (80% initial capacity maintenance rate/1000 cycles of charge). This is the first time that we have seen the existence of important factors in the development of high-voltage power plants. This year's multi-angle study of carbon conductivity helps to improve the stability of the state. This paper reports the successful development of a high voltage electrolyte system with carbon conductivity promoters and a high charge stability of 4.8 V Li2CoPO4F/graphite (cutoff 5.2 V)(93% initial capacity retention/1000 recharge).