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リチウム二次電池電解液中の水分制御による電池性能の向上


立花和宏,○藤原徹,遠藤孝志,仁科辰夫, 平成12年度化学系7学協連合東北地方大会 , 秋田,



リチウム次電池電解液中の水分制御による電池性能の向上

   山形大工 立花和宏○藤原徹遠藤孝志仁科辰夫

目的
リチウム次電池は電力貯蔵デバイスとしてさらなる長寿命化が期待されている現在リチウム次電池中には水分が含まれないほうが電池としての性能がよいとされているしかし水分が具体的に作用する機構について論じた報告は少ないそこでリチウム次電池電解液中における水分濃度LiMnOサイクル特性どのような影響与えるか検討すること目的とした

方法
正極活物質としてLiMnO1)井金属鉱業Lot. No97055用いた活物質30mgにアセチレンブラDENKA BLACK5mgよく混ぜPVDFNMP呉羽化学工業#1120滴加えてメノウ乳鉢上でよく混練し正極合剤としたアルミニウム多結晶性99.99直径8mmに打ち抜きアルミニウムイヤNILACO 99.9990.5mmφスポ溶接したもの正極集電体したこの集電体に正極合剤塗布治具用いてハンドプレス1804h真空乾燥して試料電極した対極照極にLi箔用いた電解液プロピレンカーボネイト(PC)1,2-ジメトキシエタン(DME)(11 in volume)溶媒とする1M 6弗化燐酸リチウム(LiPF2))および1M 4弗化硼酸リチウムLiBF3)用いたキシダ化学電解液水分濃度の測定はカールフィシャー水分(平沼 AQV-200)よって測定したセルアルゴンで満たされたグローブボクス(美和製作所MDB-1K-O型P)で組み立て密閉した測定25±0.5℃に保ったインキュベータ(SANYO MIR-152)中で行い3.5V~4.4V vs. Li/Li+電位範囲定電流(0.4mA/cm=0.09Cレート)充放電試験行った

結果
 充放電試験の結果1まとめて示す
よりLiBF/PC+DME電解液中における水分濃度85.3ppmと414.7ppmの1サイクル目における理論容量(148mAh/g)に対しそれぞれ118.2mAh/g125.7(mAh/g)まで充電することが出来たまた1サイクル目の容量に対するサイクル目の容量劣化率は32.86.2%であるこれよりLiBF/PC+DME電解液水分添加することでサイクル特性劣化抑えることができた
またLiPF/PC+DME電解液中における水分濃度43.7ppmと370.4ppmの1サイクル目における理論容量に対しそれぞれ113.8mAh/g95.0(mAh/g)まで充電することが出来たまた1サイクル目の容量に対するサイクル目の容量劣化率は57.231.8%であるこれよりLiPF/PC+DME電解液水分添加すると1サイクル目の充電容量こそ劣るがサイクル特性25%向上した
XPSによる表面分析の結果より電解液中における水分濃度増加は集電体の不動態皮膜中における酸素の組成増加させ酸素原子効果よりAlの表面に過電圧の大きくより安定な皮膜が生成されるその皮膜が集電体と電解液界面起きる溶媒の分解抑え電池容量劣化抑えることができたと思われる
 電解液中の水分濃度の違いによる電池性能の違い

電解液
水分濃度 (ppm) 8サイクルまでの容量減少率() 1サイクル目の充電容量(mAh/g)

LiBF/PC+DME
    85.3    32.8 118.2
414.7     6.2 125.7
LiPF/PC+DME
    43.7    57.2 113.8
370.4 31.8   95.0
          
●関係

とおるは2001年にそれまでの研究リチウム次電池用正極集電体アルミニウムの不働態皮膜制御によるサイクル特性の向上というテーマ卒業論文してまとめ山形大学卒業した4)

水分5)
リチウムイオン次電池用有機電解液中の水分濃度6)
平成12年度化学系学協会連合東北地方大会秋田県7)

とおるは2001年にそれまでの研究リチウム次電池用正極集電体アルミニウムの不働態皮膜制御によるサイクル特性の向上というテーマ卒業論文してまとめ山形大学卒業した8)



実験方法 > 材料&試 > 電解液 > 水分,電解液
仁科 辰夫,卒業研究(C1-電気化学, 講義ノート, (2006).

リチウムイオン二次電池用有機電解液中の水分濃度は
立花和宏, 研究ノート, (2005).

【学会】平成12年度化学系9学協会連合東北地方大会@秋田県
立花和宏, 研究ノート, (2000).

(1@ > 無機材料 > セラミッ > 金属酸化 > マンガン > マンガン酸リチウム(三井金属鉱業)
マンガン酸リチウム(三井金属鉱業), (材料).
(2@ > 1M LiPF6/PC+DME(1:1vol)
1M LiPF6/PC+DME(1:1vol), (材料).
(3@ > 1M LiBF4/PC+DME(1:1vol%)
1M LiBF4/PC+DME(1:1vol%), (材料).
(4リチウム二次電池用正極集電体アルミニウムの不働態皮膜制御によるサイクル特性の向上
藤原 徹, 卒業論文, (2001).
(5実験方法 > 材料&試 > 電解液 > 水分,電解液
仁科 辰夫,卒業研究(C1-電気化学, 講義ノート, (2006).
(6リチウムイオン二次電池用有機電解液中の水分濃度は
立花和宏, 研究ノート, (2005).
(7【学会】平成12年度化学系9学協会連合東北地方大会@秋田県
立花和宏, 研究ノート, (2000).
(8リチウム二次電池用正極集電体アルミニウムの不働態皮膜制御によるサイクル特性の向上
藤原 徹, 卒業論文, (2001).



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