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

基本信息

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

项目摘要

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．

今年的研究从正极和负极的特性出发，推动了组合使用不同阳离子种类的双阳离子电池的研究。在我们去年关于正极阳离子嵌入反应的研究中，我们首次发现了Chevrel相化合物中Li和Mg的协同相互作用促进了Mg在固体中扩散的现象Mo6S8。今年，我们利用电化学阻抗法研究了插层反应的动力学过程。结果，Li的存在显着降低了固体内Mg扩散等过程的阻抗，并获得了与第一原理计算一致的结果。我们还利用第一性原理计算和化学合成寻找能够固溶Li和Mg的基质材料，并找到了高性能的候选材料。对于合金负极，我们不仅关注Li-Mg基合金，还关注具有相似标准电极电位的Na-Ca基合金，并发现阳离子的组合使用可以改善电沉积和溶解特性。目前，我们正在努力分析其机制。这项研究中获得的有关这些阳离子之间相互作用的知识有助于对电极反应的每个基本过程的学术理解，也促进了高性能蓄电设备的发展。正在根据这些研究结果准备提交一篇论文。此外，本财年，我们将基于迄今为止双阳离子电池研究中获得的知识，与住友化学株式会社进行联合研究，开发针对因体积变化而引起的循环性问题的解决方案。合金负极是锂离子电池难以克服的问题，我们设计了一种可以解决这个问题的机制，并开发了一种新型高能量密度锂二次电池。我们目前正在准备专利申请。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

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

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
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

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
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