成果報告書詳細
管理番号20110000000508
タイトル*平成22年度中間年報 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 大型リチウム二次電池用高安全性電解質の研究開発1
公開日2012/6/27
報告書年度2010 - 2010
委託先名三菱化学株式会社
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約1. 研究開発の内容及び成果等
本委託業務は、高安全性電解質を創製することで、電池安全性を向上させ、電極活物質の使用電位領域を拡大することにより、大型リチウム二次電池の高エネルギー・出力密度化を達成することを目的とする。
昨年度までの各種溶媒やイオン液体の電池内熱反応性解析の結果、スルホランが電池内発熱速度や発熱量が低い溶媒として有望であることを見出した。スルホランは沸点が高く、蒸気圧が低い、かつ耐酸化性も高い汎用溶媒であり、リチウム一次電池、電気二重層キャパシタや電解コンデンサ用電解液溶媒として使われている。負極SEI皮膜形成能が低いためにリチウムイオン電池用電解液としては実用化されていないが、本受託業務より、現行の環状・鎖状カーボネート系電解液と同等の初期出力性能を与える2 種類のスルホランを含む電解液組成(以下、開発品A およびB)を開発することに成功した。開発品A およびB を用いた18650 円筒電池(容量:1Ah)の釘刺し試験(4.1V 充電)の結果、カーボネート系電解液を使用した電池よりも安全性に優れていることを確認した。さらに高出力化・高容量化を図るべく、高電圧(4.3V)系での評価も開始した。
開発品B を用いた小型ラミネート電池(動作電圧:4.3V、容量:20mAh)は、充電電圧を4.1V から4.3V にすることで出力が向上し、現行の環状・鎖状カーボネート系電解液を用いた電池(4.3V)と比較すると、同等の初期容量、室温・低温出力性能を有し、かつ熱安定性に優れることを確認した。そこで本年度は下記2 項目の研究開発を実施した。
英文要約Title: Research and Development of High-safety Electrolytes for Large-scale Rechargeable Lithium Batteries (FY2007-FY2011) FY2010 Annual Report: This research program aims to work out a strategy to achieve high energy/power density in large-scale rechargeable lithium batteries by adopting high-safety electrolytes contributing to expand available SOC (state of charge). The important results of this program in FY2010 are summarized as follows: The 18650 type cylindrical cells (cathode: LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, anode: graphite, separator: polyolefin, cell voltage: 4.3 V, capacity: ca. 1.4 Ah) with thermally stable electrolytes consisting sulfolane were prepared, and their cycling tests and hot box heating test were performed. The cell with sulfolane-based electrolytes showed better cycle performance, higher IV power retention after cycling test and lower heat generation rate than that with carbonate-based electrolytes. The correlation between cell size and upper critical temperature that triggers a thermal runaway in high temperature storage was illustrated with finite element simulation for temperature profile inside cells and compared between those two electrolytes. The upper critical temperatures of the sulfolane-based electrolyte cells were about 20 degC higher than those of the carbonate cells, and the critical temperatures of the sulfolane-based 10-15Ah cells were almost the same level as those of the carbonate-based 1.4 Ah cell. For further high-voltage operation, the development of higher oxidation-resistant electrolytes should be required. The ranking of the level for oxidation-resistant electrolytes was determined by the high-temperature storage test at 75 degC for 5days with 4.6 V charged LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathode. The electrolyte including S or F-compounds showed high oxidation-resistance. The cycling test, high-temperature storage test and hot box test under high-voltage (up to 4.4 V) using these high oxidation-resistant electrolytes are in preparation to perform.
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