In situ analysis of lithium coordination structure at electrode-electrolyte interface in polymer electrolyte

聚合物电解质中电极-电解质界面锂配位结构的原位分析

基本信息

批准号：
20J14784
负责人：
崔亮秀
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Yamaguchi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、リチウムイオン電池の発火事故の一因である可燃性電解質を、より安全なポリマー材料を用いた電解質（ポリマー電解質）へ代替することを目的とする。未だ実用レベルにないポリマー電解質の特性の中でも、電極-電解質界面で起こる電気化学反応特性については知見が不足している。そこで、ポリマー分子が形成する局所構造が電極-ポリマー電解質界面での電気化学反応へ与える影響の解明を行った。当該年度では、1)リチウム電極-ポリマー電解質界面での局所構造変化の追跡、及び2)ポリマー電解質組成による局所構造のコントロールについて検討した。電極界面での局所構造解析では、手法確立のためにシンプルな反応系であるリチウム電極-ポリエチレンオキシド（PEO）電解質界面を対象とした。特製の赤外分光（IR）電気化学セルにより、電気化学反応中の電極界面で起こる局所構造変化の追跡に成功した。特に、電極表面のX線光電子分法測定（XPS）の結果と合わせることで、重要な界面反応の一つである固体電解質界面（SEI）層の形成反応に対する電解質構造の影響を解明できたことは大きい。本検討で確立した解析手法は、電極界面の直接的な局所構造解析を可能にし、また本結果はSEIデザインに基づく新たなポリマー電解質設計指針を提示する研究成果である。電解質組成と局所構造の相関性の解明のために、種々のポリマー分子構造、及び添加するイオン種の種類・組成を有したポリマー電解質へ、前年度に確立した分光学的手法と計算機による分子動力学（MD）シミュレーションを組み合わせた局所構造解析手法を適用した。これにより、電解質内部の相互作用性に相関して、バルクの局所構造をコントロールできることを見出した。本研究成果を当該年度で確立した電極界面の構造解析へと展開することで、電極界面での局所構造をコントロールできる電解質設計指針の構築へと貢献することが期待できる。

这项研究的目的是使用更安全的聚合物材料将可燃电解质（是锂离子电池火事故的原因之一）代替电解质（聚合物电解质）。在尚未在实际级别的聚合物电解质的特征中，知识对电极 - 电解质界面处发生的电化学反应特征的知识不足。因此，由聚合物分子形成的局部结构对电极聚合物电解质场上的电化学反应有影响。在相关的一年中，我们检查了聚合物电解质界面处的RITIUM电极跟踪局部结构变化，以及2）通过聚合物电解质组成对局部结构的控制。在电极互换的局部结构分析中，靶向了锂电极氧化物（PEO）电解质，这是建立方法的简单反应。特殊的红外光谱（IR）电化学细胞成功地跟踪了电化学反应期间电极界面上发生的局部结构变化。特别是，通过与电极表面上X射线电子划分方法（XP）的结果相匹配，电解结构的效果以固体电解质（SEI）层的形式（是重要的表面之一）具有被阐明很大。在本研究中建立的分析方法实现了电极界面的直接局部结构分析，主要的后果是基于SEI设计的新聚合物电解设计指南的研究结果。为了阐明电解质组成与局部结构之间的相关性，与各种聚合物分子结构的聚合物电解质以及要添加的离子物种的类型和组成。结果，发现可以根据电解质内部的相互作用来控制散装的局部结构。通过将这项研究的结果部署到相关会计年度建立的电极面的结构分析中，可以预计它将有助于构建电解式设计指南，该指南可以控制电极界面处的局部结构。