10 5月 2019

【論文紹介】Aqueous Li-ion battery enabled by halogen conversion–intercalation chemistry in graphite | Nature

出典https://www.nature.com/

Nature, 2019. DOI: 10.1038/s41586-019-1175-6
・460 Wh / kgのフルセルエネルギー密度で4V級の水系リチウムイオン電池を実証。
・正極にグラファイトとLiBr/LiClの複合電極を用いて、高濃度水系電解液「water-in-salt」、負極にもグラファイトを組み合わせた。
・正極反応では、臭化物イオンと塩化物イオンが酸化されてグラファイトにインターカレートされる。
・この反応は正極のエネルギー密度を970 Wh / kgに高められる。
・非常の高いエネルギー密度を水系電解液で達成したが、サイクル寿命、使用温度範囲には課題がある。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41586-019-1175-6

日本やアメリカなどではフッ素イオンに注目していた。活物質との相互作用が強く充放電させるのに様々な工夫をしていた。一方、この論文はイオン自体を変えることでこのような成果に至った。
製品になるかどうかは置いておいて、固定概念に縛られることがない発想が中国で増えてきたように感じる。新しい電気化学デバイスが生まれるかもしれない。

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18 7月 2018

【論文紹介】Non-flammable electrolyte enables Li-metal batteries with aggressive cathode chemistries

出典:https://www.nature.com/

Nature Nanotechnology doi: 10.1038/s41565-018-0183-2
・リチウム金属の低電位と、LiCoPF4等の高電位正極を安定して用いることができる不燃性電解液。
・fluoroethylene carbonate(FEC)/3,3, 3-fluoroethylmethyl carbonate(FEMC)/1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2′,2′, 2′-trifluoroethyl ether(HFE) (FEC:FEMC:HFE, 2:6:2 by weight)の組成の電解液を用いた。
・この電解液はリチウムデンドライトの成長を抑制し、高クーロン効率でリチウムの析出溶解を可能にする。
・正極側では5〜10nm厚の中間層を形成するため、NMC811およびLCP正極でそれぞれ99.93%,98.81%のクーロン効率で充放電可能。
・Li/NMC811、Li/LCPのフルセルでは1000サイクル後に90%以上の容量を維持することを確認。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41565-018-0183-2

16 6月 2018

【論文紹介】High energy-density and reversibility of iron fluoride cathode enabled via an intercalation-extrusion reaction

出典:https://www.nature.com/

Nature Communicationsvolume 9, Article number: 2324 (2018) 、doi: 10.1038/s41467-018-04476-2
・インターカレーション/コンバージョン反応により高い容量を示すフッ化鉄を元素置換することで充放電の可逆性を高めた。
・フッ化鉄中へカチオンであるコバルトとアニオンである酸素を共ドーピングしたナノロッドを作製した。
・カチオンとアニオンを共ドーピングすることで、熱力学的にコンバージョン反応電位を低下させ、充放電の可逆性を高められる。
・結果として、この材料は1サイクルあたりの劣化率が0.03%で、100Wh/kgの可逆容量を示した。
<元記事>https://www.nature.com/articles/s41467-018-04476-2

05 2月 2018

【論文紹介(オープンアクセス)】Highly Fluorinated Interphases Enable High-Voltage Li-Metal Batteries – ScienceDirect

出展:https://www.sciencedirect.com/

Chem Volume 4, Issue 1, 11 January 2018, Pages 174-185, https://doi.org/10.1016/j.chempr.2017.10.017
・LiFSIの高濃度電解液を用いることでリチウム金属電池のデンドライト形成を抑制し、耐久性を向上させた。
・炭酸塩電解液(ジメチルカーボネート[DMC]、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート/ DMC)のLiFSI濃度を10Mに増加させた。
・これにより、Li金属表面、及び正極のNMC(622)表面上にLiF及びFリッチなSEIを形成し、これがリチウムデンドライトの成長を抑制する。
・このLiメタル/NMC(622)フルセルは、4.6Vの上限電圧で100サイクル後に86%の容量を維持した。
<元記事>https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192941730445X?via=ihub

12 11月 2017

【論文紹介】Flexible Aqueous Li-Ion Battery with High Energy and Power Densities

出典:https://techxplore.com/

Advanced Materials (2017). DOI: 10.1002/adma.201701972
・ “water-in-salt”ゲル電解質を利用した、安全でフレキシブルな水系リチウムイオン電池について。
・正極、負極ともに材料はLiVPO4Fを用いた対称セル。
・高速なLiイオン輸送を可能にするLi2CO3-LiFからなる疎水性のSEIを形成し、電極表面での水の電気分解を抑制する。
・そのため、水系電解液において2.4Vの電圧、141Wh/kgのエネルギー密度, 600W/kgの出力密度、4000サイクル以上の寿命を達成する。
・曲げや切断によっても高い安全性を示すだけでなく、動作し続ける。
<元記事>http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201701972/abstract
<電池をハサミで切るなどしても動作し続ける動画>https://techxplore.com/news/2017-11-scientists-safer-durable-lithium-ion-battery.html