新規濃厚電解液の創成によるイオン伝導機構の解明と革新型蓄電池への展開

通过创建新型浓缩电解质阐明离子传导机制及其在创新蓄电池中的应用

基本信息

批准号：
16J11045
负责人：
寺田尚志
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は溶媒和イオン液体を構成するアニオンによる違いが溶液構造、輸送特性、電気化学特性に及ぼす影響を明らかにすることを目標とし、[Na(G5)][FSA]/HFEと[Na(G5)][TFSA]/HFEの物理化学特性及び電気化学特性を精査した。[Na(G5)][FSA]/HFEは[Na(G5)][TFSA]/HFEと同様の溶液構造をとっており、系中にフリーなグライムが存在しなかったが、粘度が低くイオン導電率が高かった。電気化学特性において電位窓に大きな違いはなかったものの、ナトリウム金属との反応性が大きく異なっていた。[Na(G5)][FSA]/HFE中で銅箔上にナトリウム金属を析出・溶解させたところ30サイクル以降でクーロン効率が90%で可逆に析出・溶解したのに対し[Na(G5)][TFSA]/HFEでは全く溶解が起こらなかった。XPSによって析出したナトリウム金属の表面分析を行ったところ[Na(G5)][FSA]/HFEではエッチングに伴い集電体であるCuのピークが現れた。一方で[Na(G5)][TFSA]/HFEではエッチングをしてもCuが現れなかった。このことから[Na(G5)][FSA]/HFEでは薄い表面被膜によって電解液の分解が防がれておりナトリウムの安定した析出・溶解が行えていると考えられる。ハードカーボンの充放電において[Na(G5)][FSA]/HFEを用いると2サイクル目から300サイクル以上充放電容量が240 mA h/gからほとんど減少なくクーロン効率も99.9 %であり有機電解液系と比べても非常に良好なサイクル特性を示した。一方で[Na(G5)][TFSA]/HFEでは充放電時の過電圧が大きく充放電容量は非常に小さくなってしまった。このアニオンによる負極特性の大きな違いは今後のナトリウム二次電池の実用化に向けて重要な知見となった。

今年，我们旨在阐明构成溶剂化离子液体的阴离子对溶液结构、传输性能和电化学性能的影响，并研究了)][TFSA]/HFE 的物理化学和电化学性能。 [Na(G5)][FSA]/HFE 与[Na(G5)][TFSA]/HFE 具有相同的溶液结构，体系中不存在游离的甘醇二甲醚，但其粘度低且具有高电导率。尽管在电化学性能方面，电位窗口没有显着差异，但与钠金属的反应活性却存在显着差异。当金属钠在[Na(G5)][FSA]/HFE中沉淀并溶解在铜箔上时，30次循环后可逆地沉淀和溶解，库仑效率为90%，而[Na(G5)][TFSA]/ HFE 没有造成任何溶解。通过XPS对沉积的钠金属进行表面分析表明，在[Na(G5)][FSA]/HFE中，作为集电体的Cu的峰由于蚀刻而出现。另一方面，在[Na(G5)][TFSA]/HFE中，即使在蚀刻后也没有出现Cu。由此认为，在[Na(G5)][FSA]/HFE中，通过薄的表面涂层防止电解质分解，并且钠可以稳定地沉积和溶解。当使用[Na(G5)][FSA]/HFE对硬碳进行充放电时，从第2次循环起超过300次循环，充放电容量从240mAh/g几乎没有下降，库仑效率为99.9 %，使其成为一种有机电解质，与其他体系相比表现出非常好的循环特性。另一方面，对于[Na(G5)][TFSA]/HFE，充放电时的过电压大，充放电容量变得非常小。这种因阴离子而导致的负极特性的巨大差异已成为钠二次电池未来实际应用的重要发现。