Establishment of in-situ estimation method of lithium accumulated in lithium ion secondary batteries using elastic recoil detection technique

利用弹性反冲检测技术建立锂离子二次电池中累积锂的原位估算方法

基本信息

批准号：
20K05138
负责人：
土屋文
金额：
$ 2.25万
依托单位：
Meijo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、大気雰囲気において液体中のリチウム濃度を約10 nmの深さ分解能で高感度に測定できる反跳粒子検出(ERD)法を用いて、リチウム(Li+)イオン電池の充放電時における電極-液体電解質界面のLi+イオン移動量をその場で測定し、Li+イオン移動機構を解明するとともに、充放電時の電極および電解質内の過渡的なLi蓄積量を定量的に評価する手法を確立することを目的とした。アルミニウム(Al)を集電体、厚さ約107 μmのLiCoO2を正極、Liを負極、LiPF6を液体電解質としたLi+イオン電池(Al/LiCoO2|LiPF6|Li/Al)試料およびポテンショスタットによる電気化学測定を用いて作製した50%充電(SoC 50%)、100%充電(SoC 100%)、50%放電(SoC 50%)および100%放電(SoC 0%)状態のLiCoO2中のLiおよびH濃度について、令和2年度に改良したERD法によるLiおよびH濃度その場分析装置を用いて調べたところ、LiCoO2中のH濃度は、充電によるLi濃度の減少に伴い増加し、放電によるLi濃度の増加に伴い減少することがわかった。次に、第一原理計算を用いて、H導入による欠陥形成エネルギーを求めた結果、HはLiCoO2中の四面体型および八面体型格子間位置およびO空孔位置よりも、Li空孔位置付近に最も安定に占有することがわかった。従って、充電時では、LiPF6電解液に含まれるHはLiCoO2からのLi+イオンの脱離により形成されたLi空孔へ蓄積し、放電時では、LiPF6からLiCoO2へ駆動されたLi＋イオンはLi空孔に蓄積されたHと置換することが判明された。

这项研究的目的是在电液电液（LI+）离子电池充电（LI+）离子电池的充电和排放期间，使用后坐力颗粒检测（ERD）方法来测量Li+离子转移的量，该方法可以测量液体在液体中的液体中的液体浓度，从而在液体中液体中的液体中的液体浓度在大约10 nm中的大约10 nm中，并在大约10 Nm中的高度敏感性，并在大约10 nm中建立了高度敏感性的方法，该方法是在大约10 nm中的高度敏感性，并可以测量高度敏感性的方法，并可以在大约10 nm中的高度敏感性，并可以测量液体浓度充电和放电期间的电极和电解质。当我们调查LICOO2的LI和H浓度时，使用了50％的费用（SOC 50％），收费100％（SOC 100％），50％的排放量（SOC 50％）和100％放电（SOC 0％），使用原位分析设备使用ERD方法提高了2020年的ERD方法。由于li的浓度，liCOOO2的HH浓度随着li的浓度而增加，因此li Lecoo2的浓度会增加，并且由于收货而增加。接下来，使用第一个原理计算，确定了由H引入引起的缺陷形成能，发现H比四面体和八面体的间质位置和liCoo2中的空置位置占据了LI空置位置最稳定的位置。因此，在充电过程中，发现lipf6电解质中的H积聚在Li+离子与LICOOO2的解吸形成的LI空隙中，并且在放电期间，从LiPF6驱动的Li+离子代替了Li void中积累的H的Li+离子。