Development of metal-anode Li-Mg dual-ion battery systems

金属阳极锂镁双离子电池系统的开发

• 批准号: 18J11696
• 负责人: 李 弘毅
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11696/
• 关键词: デュアルカチオン電池; イオン伝導機構; 協奏的相互作用; 合金負極; デンドライト抑制; 多価イオン拡散

今年度の研究は正極と負極特性の両面から，異なるカチオン種を併用するデュアルカチオン電池に関する研究を推進してきた．正極におけるカチオンのインターカレーション反応について，前年度までの研究で，シェブレル相化合物Mo6S8において，LiとMgの協奏的な相互作用によって，Mgの固体内拡散が促進される現象を初めて発見した．今年度は電気化学インピーダンス法を用いて，インターカレーション反応における速度論的過程を考察した．その結果，Liの存在によって，Mgの固体内拡散などの過程のインピーダンスが顕著に低減され，第一原理計算と一致する結果を得られた．また，第一原理計算や化学合成によって，LiとMgを固溶できるホスト材料の探索を行い，高性能を有する候補材料を見出した．合金負極について，Li-Mg系にとどまらず，標準電極電位が近いNa-Ca系にも着目し，カチオンの併用により，電析・溶解特性の改善を発見した。現在はメカニズムの解析に取り組んでいる．これらのカチオン間の相互作用に関して本研究で得られた知見は電極反応の各素過程の学問的理解に貢献したほか，高性能な蓄電デバイスの開発にもつながている．これらの研究結果について，投稿論文を作成している．さらに，今年度はこれまでのデュアルカチオン電池の研究で得られた知見を踏まえて，住友化学株式会社と共同研究を行い，Li-ion電池では従来克服しにくい合金負極の体積変化によるサイクル性劣化を解決できるメカニズムを設計し，新規高エネルギー密度Li二次電池を開発した．現在は特許出願を準備している．

Our は の study the positive と negative features の struck surface か ら, different な る カ チ オ ン kind を and す る デ ュ ア ル カ チ オ ン battery に masato す を る research advance し て き た. The positive に お け る カ チ オ ン の イ ン タ ー カ レ ー シ ョ ン anti 応 に つ い て, before the annual ま で で の study, シ ェ ブ レ ル phase compound Mo6S8 に お い て, Li と Mg の kanadeai な interaction of に よ っ て, Mg の company within the solid dispersion が promote さ れ る phenomenon early を め て 発 see し た. Our は electric chemical イ 気 ン ピ ー ダ ン を ス method with い て, イ ン タ ー カ レ ー シ ョ ン anti 応 に お け る を inspects the process of speed theory し た. そ の results, Li の is に よ っ て, Mg の solid within the company, scattered な ど の process の イ ン ピ ー ダ ン ス が 顕 に low cut さ れ, first principles calculation と consistent す る results ら を れ た. ま た, first principles calculation や chemical synthesis に よ っ て, Li と Mg を solid solution で き る ホ ス の exploration line を い ト materials, high-performance を have す を る alternate materials show the し た. Alloy anode に つ い て, Li - Mg series に と ど ま ら ず, standard electrode potential が nearly い Na - Ca に も mesh し, カ チ オ ン の and に よ り, electrode, dissolve features の improve を 発 see し た. Now メカニズム メカニズム メカニズム parses に to take the んで る る. こ れ ら の カ チ オ の interaction between ン に masato し て で this research have ら れ た knowledge は electrode reverse 応 の の each element process knowledge understanding に contribution し た ほ か, high-performance な battery デ バ イ ス の open 発 に も つ な が て い る. The research results of を れら れら て are に て て て て, and the submitted paper を should be written as る て る る る. さ ら に, our は "こ れ ま で の デ ュ ア ル カ チ オ ン battery の study で ら れ た knowledge を tread ま え て, sumitomo chemical corp と joint research を い, Li - ion battery で は 従 to overcome し に く い alloy anode の volume variations change に よ る サ イ ク ル sexual degradation を solve で き る メ カ ニ ズ ム を し design, The new regulation stipulates the development of high エネ ギ ギ <s:1> density Li secondary batteries を and <s:1> た. Now, the licence is granted to を to prepare て て る る.

项目成果

Concerted Motion of Li-Mg Dual Ions in Intercalation Cathode Materials

锂镁双离子在插层正极材料中的协同运动

• 发表时间: 2018
• 作者: Hongyi Li;Norihiko L. Okamoto;Yu Kumagai;Fumiyasu Oba;Tetsu Ichitsubo
• 通讯作者: Tetsu Ichitsubo

CHAPTER 11 Mg-Li Dual-cation Batteries in Magnesium Batteries: Research and Applications

第十一章 镁电池中的镁锂双阳离子电池：研究与应用

• 发表时间: 2019
• 作者: Hongyi Li;Tetsu Ichitsubo;Eiichiro Matsubara
• 通讯作者: Eiichiro Matsubara

協調的相互作用による多価カチオンの固体内拡散の促進現象

通过协同相互作用促进多价阳离子在固体中的扩散

• 发表时间: 2019
• 作者: Li Hongyi;Okamoto Norihiko L.;Hatakeyama Takuya;Kumagai Yu;Oba Fumiyasu;Ichitsubo Tetsu;李弘毅，岡本範彦，熊谷悠，大場史康，市坪哲
• 通讯作者: 李弘毅，岡本範彦，熊谷悠，大場史康，市坪哲

Facilitating solid-phase diffusion of multivalent ions utilizing concerted interactions in dual-ion battery systems

利用双离子电池系统中的协同相互作用促进多价离子的固相扩散

• 发表时间: 2018
• 作者: Hongyi Li;Norihiko L. Okamoto;Tetsu Ichitsubo
• 通讯作者: Tetsu Ichitsubo

Facilitating Intercalation of Multivalent Cation Utilizing Concerted Interaction in Dual-Ion Battery Systems

利用双离子电池系统中的协同相互作用促进多价阳离子的嵌入

• 发表时间: 2019
• 作者: Hongyi Li;Norihiko L. Okamoto;Tetsu Ichitsubo
• 通讯作者: Tetsu Ichitsubo