両親媒性アニオンを用いた固体リチウム金属電池の設計

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 高分子科学

背景:

• 全固体リチウム金属電池（ASSLMB）には、LiTFSIを超える先進的なリチウム塩化学が必要です。
• LiTFSIは、低いリチウムイオン移動数（T_Li⁺ ≈0.2）と不良な固体電解質界面（SEI）形成を示します。
• ASSLMBの性能向上には、イオン輸送と界面安定性が強化された塩が必要です。

研究 の 目的:

• 新規非対称リチウム塩LiC6,6TFSIを設計・合成し、LiTFSIの限界を克服すること。
• 電解質輸送特性を調整し、アニオン移動度を低減することにより、ASSLMBのサイクル寿命を向上させること。
• 両親媒性リチウム塩を開発することにより、カソード成分の適合性を確保すること。

主な方法:

• 非対称リチウム塩：リチウム（トリフルオロメタンスルホニル）（N-N-ジヘキシルスルファモイル）イミド（LiC_6,6TFSI）の合成。
• LiC_6,6TFSIとポリエチレンオキシド（PEO）を用いた固体高分子電解質（SPE）の作製。
• T_Li⁺測定および電池性能試験（Li||LiFePO₄セル）を含むSPEの電気化学的特性評価。

主要な成果:

• LiC_6,6TFSIベースのSPEは、アニオン拡散係数が大幅に減少し、高いT_Li⁺値（約0.52）を示しました。
• LiC_6,6TFSIの両親媒性により、極性および非極性カソード成分間の適合性が向上しました。
• 新しいSPEを利用したLi||LiFePO₄セルは、要求の厳しい条件下（高い面負荷および電流密度）で良好な容量維持率を示しました。

結論:

• 新規非対称リチウム塩LiC_6,6TFSIは、ASSLMBの性能を効果的に向上させます。
• 高いT_Li⁺と両親媒性により、サイクル寿命と界面安定性が向上します。
• LiC_6,6TFSIは、次世代固体電池のための有望な代替リチウム塩です。