成果報告書詳細
管理番号20090000000790
タイトル*平成20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
公開日2010/3/24
報告書年度2008 - 2008
委託先名三菱化学株式会社
プロジェクト番号P07001
部署名燃料電池・水素技術開発部 蓄電技術開発室
和文要約以下本編抜粋: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。 本年度は下記3項目の研究開発を実施した。 1.熱安定性溶媒の探索 各種溶媒の電池内での発熱挙動を確認するため、カーボネート系電解液で充電した電池の電解液をLiPF6/単一溶媒の電解液に交換した擬似電池を作成し、室温-300℃の領域での熱挙動について広範にスクリーニングを実施した。使用した電池は、正極にLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、負極にグラファイト、セパレータにポリオレフィン系微多孔膜を使用した充電電圧4.2Vで容量約20 mAhの小型ラミネート電池である。本検討から、汎用的に用いられている環状カーボネートは250℃付近で発熱速度が大きいこと、鎖状カーボネートは熱安定性が低いことが明らかとなった。ヘテロ元素含有溶媒の中で、電池内での発熱量と発熱速度が極めて小さい溶媒種を見出し、今年度はこれを中心に検討を進めることとした。
英文要約Title: Research and Development of High-safety Electrolytes for Large-scale Rechargeable Lithium Batteries (FY2007-FY2009) FY2008 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 FY2008 are summarized as follows: To find thermally stable electrolyte solutions in a lithium-ion cell, calorimetric behavior of 20 mAh Al-laminate type cells were examined by varying combination and composition of organic solvents in the electrolytes. It was found that some solvents contribute to decrease the calorimetric enthalpies drastically compared with conventional carbonate solvents. In a nail penetration test of 18650 type cylindrical cells (cell capacity: ca. 1300 mAh), the cells with the thermally stable solvent-based electrolytes showed any serious events, whereas the cells with the carbonate-based electrolytes exhibited a thermal runaway. However, the thermally stable solvent-based prototype electrolytes showed low ionic conductivity compared with the conventional carbonate-based electrolytes. By the modification of the electrolyte composition such as the addition of solvents with high polarity and additives, the performances of the electrolytes were improved. Keeping the excellent thermal stability, high short-term IV power comparable to the carbonate counterparts was achieved. Safety simulation of a 15 Ah scale cell was carried out by input thermal parameters of the modified electrolytes and carbonate ones (Basic algorithm was originally constructed in Mitsubishi Chemical Corporation). The large-scale cells with thermally stable modified electrolytes exhibited no serious event even if hypothetical 800 W short-circuit Joule heat was applied to the cell, whereas the cells with carbonate-based electrolytes showed a thermal runaway immediately. Thus, thermal management of the cells by changing the electrolyte plays an important role in the development of large-scale rechargeable lithium batteries.
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