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リチウムイオン電池用電解液の酸化電位と絶対ハードネスの関係

Oxidation Potential and Absolute Hardness Relationship in Lithium-ion Battery Electrolytes

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文献・情報種別: Honda R&D Technical Review

Vol.33 No.1

掲載ページ: 86-92(Total 7 p)

発行年月: 2021年 3月

出版社: その他・不明

言語: 日本語

書誌事項

カテゴリ	論文
カテゴリ（英）	Technical Papers and Explanation 翻訳
著者	1) 森田善幸, 2) 前山裕登, 3) 古川敦史
著者（英）	1) Yoshiyuki MORITA, 2) Hiroto MAEYAMA, 3) Atsushi FURUKAWA
勤務先	1) 本田技術研究所, 2) 本田技術研究所, 3) 本田技術研究所
勤務先（英）	1) Honda R&D , 2) Honda R&D , 3) Honda R&D
抄録	リチウムイオン二次電池の高電圧作動に対応するため，電解液の耐酸化性の向上を検討した．カーボネート溶媒の側鎖をフッ素化アルキル置換，主鎖の炭素を硫黄もしくは酸素に置換した分子モデルを作成し，DFT計算による構造最適化をおこなった．構造最適化後のフロンティア軌道エネルギーから絶対ハードネスを算出し，線形掃引ボルタンメトリーから求めた酸化電位との相関を検証した結果，比例関係が示唆された．絶対ハードネスを指標として，カーボネート溶媒以上の耐酸化性が予想されたスルホラン，フッ素化アルキルエーテルを混合して試作電解液を調製した．高電位作動正極として注目されているLiNi_0.5Mn_1.5O₄を用いて，充放電サイクル試験による放電容量維持率を測定した結果，放電容量維持率80%に到達するサイクル数がカーボネート電解液使用時の45サイクルから80サイクルに向上した．
抄録（英）	In this paper, we investigated the increase in oxidative stability of electrolytes in order to respond to the high-voltage operation of Li-ion rechargeable batteries. DFT geometry optimization calculations were performed for those molecular models of which side chain in the carbonate solvent substituted with a fluorinated alkyl group and the carbon in the main chain substituted with sulfur or oxygen. Linear correlation was found between the absolute hardness calculated from the frontier orbital energy following structural optimization and the oxidation potential determined by linear sweep voltammetry. Taking absolute hardness as an index, a mixed solvent of fluorinated alkyl ether and sulfolane, which was predicted to have better oxidative stability than carbonate solvent, was prepared as a prototype electrolyte. We then measured discharge capacity retention by a cyclic charge-discharge test using a battery with LiNi_0.5Mn_1.5O₄, which is a well-known cathode material for high-potential operation. The result showed that the number of cycles taken to reach a discharge capacity retention index of 80% increased from 45 cycles, which is the figure when using carbonate electrolyte, to 80 cycles, which is the prototype. 翻訳

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