ハイドレートメルト電解液の安定化機構に関する理論的研究

水合物熔融电解质稳定机理的理论研究

• 批准号: 18J14097
• 负责人: 宮崎 かすみ
• 金额: $ 1.22万
• 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: 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-18J14097/
• 关键词: リチウムイオン電池; ハイドレートメルト電解液; ナトリウムイオン電池; カリウムイオン電池; SEI膜; Liイオン二次電池

本研究では、リチウムイオン電池の安全性向上・低コスト化を可能にするアプローチとして有望な水系電解液を対象とした。中でも、リチウム塩と水をモル比1:2の高濃度で溶解した、ハイドレートメルト電解液は、従来の水系電解液と比較して電位変動に対して非常に安定であり、高性能な水系二次電池開発への応用が期待されている。そこで、その高い電気化学的安定性の起源を解明するため、第一原理分子動力学計算を用いた理論的解析を実施した。得られた溶液構造に対して水素結合解析を行ったところ、バルク水中では、水素結合数が1分子当たり3.58に対し、ハイドレートメルト電解液中では0.52と大幅に減少しており、代わりに、Liカチオンとのイオン結合とアニオンとの水素結合へ置き換わっていることが分かった。さらに、電子構造解析により、水分子の最低非占有軌道（LUMO）は、アニオンよりも高い準位であり、アニオンの還元分解が優先的に生じることが示唆された。この起源としては、イオンに囲まれて孤立した水分子の割合の増加したことと、高濃度化によりカチオンとアニオンの配位が増加したこと、の２つの寄与が考えられる。従って、ハイドレートメルト電解液では、特異的構造の形成に伴う電子状態の変調により、高い電気化学的安定性が発現するものと考えられる。さらに、本研究室で新たに開発された、Na及びK塩のハイドレートメルト電解液についても、半経験的分子動力学計算を用いた大規模（3000原子程度）溶液構造解析を行い、水同士の水素結合ネットワークが寸断され、希薄溶液とは異なる溶液構造を持つことを明らかにした。以上の結果から、高濃水系電解液であるハイドレートメルト電解液では、高濃度化に伴う溶液構造、特に水同士の水素結合ネットワーク構造の大幅な変調が電気化学的安定性への鍵であることが示唆された。

In this study, the safety of the battery is lower than that of the battery in this study. it is expected that the hydrolytic solution will be affected. The temperature of water supply is higher than 1:2, the temperature of water supply is higher than that of 1:2, the temperature of water supply is higher than that of 1:2, the temperature of water supply is higher than that at 1:2, the temperature of water supply is higher than that at 1:2, the temperature of water supply is higher than that at 1:2, the temperature of water supply is higher than that at 1:2, the temperature of the secondary battery of high performance water supply is very stable, and the secondary battery of high performance water supply system is very stable. The origin of the stability of the chemistry of high-temperature and high-temperature electricity is explained in this paper, and the calculation of first-principle molecular dynamics is based on the analytical theory of theoretical analysis. In this paper, we obtained the method for the analysis of the amount of water in the solution and the number of the combination of water and water in the solution. When the molecular weight is 3.58, the number of molecules in the solution is 0.52% less than that in the solution, and that in the solution is less than 0.52%. The concentration of Li in the solution is much lower than that in the solution, and the concentration of water in the solution is much lower than that in the solution. The chemical analysis device, the minimum non-occupancy channel (LUMO) of water molecules, the high-level calibration of water molecules, and the chemical decomposition of water molecules are used to indicate that they are instigated. The origin of water molecules is isolated, the water molecules are cut together, the water molecules are cut together, the water molecules are isolated, the water molecules are cut together, the water molecules are isolated, the water molecules are cut together, the water molecules are isolated, the water molecules are cut together, the water molecules are isolated, the water molecules are cut off, the water molecules are cut, and the coordination is enhanced. The production of electronic solutions and special devices is accompanied by the electrical stability of high-voltage electrical chemistry and the stability of high-voltage electrical chemistry. In this laboratory, we have launched a series of experiments, such as Na and K, the molecular dynamics calculation of the thermal solution, the molecular dynamics calculation of the liquid, the analytical solution of large scale (3000 atomic degree), the combination of water and water, the determination of the temperature, the temperature of the solution, the temperature of the solution, and the temperature of the solution. The results of the above results show that the stability of high-temperature water system is high, the temperature of high-temperature water system is high, the temperature of high-temperature water system is high, the temperature of high-temperature water system is high, the temperature of high-temperature water system is high, the temperature of high-temperature water system is high, the temperature of high-temperature water system is high, and the stability of high-temperature water system is high.

项目成果

カーボネート電解液中で形成されるSEI膜に対する溶媒和相互作用の影響

溶剂化相互作用对碳酸盐电解质中形成的 SEI 膜的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 宮崎 かすみ;竹中 規雄;藤江 拓哉;渡部 絵里子;山田 裕貴;山田 淳夫;長岡正隆
• 通讯作者: 長岡正隆

Microscopic Origin of the SEI Formation Difference Between in Cis- and in Trans-2,3-Butylene Carbonate Based Electrolyte

顺式和反式 2,3-碳酸亚丁酯基电解质中 SEI 形成差异的微观起源

• 发表时间: 2018
• 作者: Kasumi Miyazaki;Norio Takenaka;Takuya Fujie;Eriko Watanabe;Yuki Yamada;Atsuo Yamada;Masataka Nagaoka
• 通讯作者: Masataka Nagaoka

First-Principles Study on the Peculiar Water Environment in a Hydrate-Melt Electrolyte

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b02207
• 发表时间: 2019-10-17
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 5.7
• 作者: Miyazaki, Kasumi;Takenaka, Norio;Yamada, Atsuo
• 通讯作者: Yamada, Atsuo

Lithium-salt monohydrate melt: A stable electrolyte for aqueous lithium-ion batteries

• DOI: 10.1016/j.elecom.2019.106488
• 发表时间: 2019-07-01
• 期刊: ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS
• 影响因子: 5.4
• 作者: Ko, Seongjae;Yamada, Yuki;Yamada, Atsuo
• 通讯作者: Yamada, Atsuo

Unraveling the SEI Mystery of Cis/Trans-Butylene Carbonate

揭开顺式/反式碳酸丁烯酯的 SEI 之谜

• 发表时间: 2019
• 作者: Kasumi Miyazaki;Norio Takenaka;Takuya Fujie;Eriko Watanabe;Yuki Yamada;Atsuo Yamada;Masataka Nagaoka
• 通讯作者: Masataka Nagaoka