Name: イオン液体系電解質、リチウムイオン電池の組立、および高温でのパフォーマンスの測定の合成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-20T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 4 s
Description: 学ぶ ホスホニウム系イオン液体とリチウムTFSI塩の電解質合成法、および高温リチウムイオン電池の組立手順。この手法は不燃性で熱安定性の高い電池開発に貢献します。

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塩化物（CL）およびビス（トリフルオロメタンスルホン酸）イミド（TFSI）陰イオンと対モノ - 及びジ - ホスホイオン液体の1.Synthesis 注三つヘキシルホスホニウムカチオンを取り囲む1デシルアルキル鎖を有するモノホスイオン液体のための手順が記載され、このイオン性液体は、モノHexC10Clと略記します。同じ手順を、高い収率でジホスイオン液体を得るために、1,10- dichlorodecaneを使用して繰り返され、このイオン性液体は、ジHexC10Clと略記します。 <ol><li>アルゴン下でグローブボックス内で、ガラスピペットを用いて、トリヘキシル（8.3グラム、29ミリモル）を秤量しながら、と重い壁の圧力容器に分注します。次に、同じ容器にガラスピペットを用いて、1-クロロデカン（5.22グラム、29.6ミリモル）を追加します。 PTFEブッシングとの混合物を含む容器キャップ。 </li><li>モノHexC10Clを得るために混合しながら24時間140℃にアルゴン下で得られた混合物を加熱します。混合物は次のようになります粘性来ます。 </li><li>粗製のモノHexC10Clを得るために、残りの揮発性出発物質を除去するために、攪拌しながら140℃で高真空下で混合物を置きます。 <ol><li> 250ミリリットルの分液漏斗に飽和塩化ナトリウム溶液（塩水）に1ジクロロメタン（DCM）：精製するために、1の約10ミリリットルを用いて、粗混合物からモノHexC10Clを抽出します。 DCM相を収集します。抽出工程を3回繰り返します。 </li><li>生成物を含有する収集DCM溶液15mlのを結合し、モノHexC10Cl物を得るために、ロータリーエバポレーターを用いて溶媒を蒸発させます。 </li></ol></li><li> DCM 10ml中モノHexC10Cl（7.75グラム、16.74ミリモル）を溶解し、LiTFSIと（6.25グラム、21.76ミリモル）を追加し、脱イオン水10ml中に予め溶解。得られた混合物をキャップし、24時間室温で攪拌します。 </li><li> DCMの約20ミリリットルを充填した250ミリリットルの分液漏斗を用いて混合物からモノHexC10TFSIを抽出します。内線を繰り返しractionプロセス3回。 DCMのソリューションを組み合わせます。 </li><li>有機相から塩化物アニオンの完全な除去を確認するために、1 NのAgNO DCM相の1ミリリットルに3溶液の1〜2滴を追加します。塩化物アニオンは溶液中に残っている場合、白色沈殿物が生成されます。白い沈殿物が生成されなくなるまで抽出工程を繰り返します。 </li><li> 、DCM溶液を無水MgSO 4 1gを追加し、混合物を攪拌し、次いで乾燥DCM溶液をデカントします。次に、回転蒸発により溶媒を蒸発させます。収率は、典型的には98％以上です。 </li><li>高収率で、2ジホスホイオン液体、ジHexC10ClおよびジHexC10TFSIを得るために、1,10- dichlorodecaneを使用して、同じ手順を繰り返します。 </li><li>重水素化クロロホルム中の1 H、13 C、および19 F NMRを用いてイオン性液体を特徴付ける（7.24のシフト）、元素分析および質量分析のためのサンプルを提出します。 </li></ol> 2. Charactイオン液体のerization <ol><li> 示差走査熱量測定（DSC） <ol><li>イオン性液体（記録実際の質量）の5〜10mgのを秤量し、続いて密閉されているアルミニウム製サンプルパンの中心にそれを追加します。イオン性液体は吸湿性であり、放置した場合の重量は変わります効率的に、このステップを完了してください。 </li><li>示差走査熱量計に試料パンとアンロード（参照）パンをロードします。使用される特定のDSCによって決定されるように適切な場所にサンプルおよび参照パンを配置するようにしてください。 </li><li>プログラム温度勾配とサイクル冷却：10℃/分の加熱速度で200°Cまで-70°Cから1）の熱を、2）5℃/分の冷却速度で-70℃に冷却し、 3）加熱 - 冷却サイクルを3回繰り返します。 </li><li>熱トレースを分析することにより、 融点（T m）、結晶化（T C）を決定しますガラス転移温度（T g）（該当する場合）。 </li></ol></li><li> 熱重量分析（TGA） <ol><li>清潔でTGAの可動アーム上の白金パンを風袋引き。皿の上にイオン性液体の5〜10mgのを追加します。唯一のピンセットを使ってパンをタッチします。 </li><li> 10℃/分の加熱速度で20から500℃まで試料を加熱します。 </li><li>元のサンプル重量の10％が失われた分解温度を特定します。長期安定性研究のために、長時間の設定温度で試料を加熱し、重量損失をモニターします。 </li></ol></li><li> 粘度測定 <ol><li>ガラスピペットを用いて、制御された歪みレオメーターのペルチェステージにイオン液体の1ミリリットルを配置します。アルミニウム板を完全にイオン性液体で覆われていることを確認します。 </li><li>直径20mmの平行アルミニウム板（または円錐）を使用し、アルミニウム板とTの上面との間のギャップを設定しますランのすべてで2.0ミリメートル - 彼が1.0であることをサンプリングします。 </li><li>空気中の水分の影響を最小限に抑えるために、窒素ガスを充填したグローブバッグ中で測定を行います。 </li><li>各試験の前に、サンプルが定常状態に到達するためには15分間の平衡ステップに従って、サンプルの任意の物理メモリを排除するために10秒間100ヘルツの剪断速度でサンプルを事前にせん断。 </li><li> 0.1〜10％のひずみ振幅の固定周波数（1ヘルツ）で振動ひずみ掃引を経由して、線形粘弾性領域（LVR）を決定します。 </li><li> LVRにある歪みを選択して、0.1から10 Hzの振動周波数掃引を行います。特定の周波数と歪みで複雑な粘度を決定します。 </li><li> 10から機器のソフトウェアによって制御振動温度掃引を実行します 95°C 5刻みでCを° ℃、各温度で1分間平衡。ひずみとFREQUENCを定義しますYは、例えば、それぞれ、1.0％および1ヘルツでした。異なる温度における複素粘度が読み出されます。 </li></ol></li><li> 導電率の測定 <ol><li>試験の前に微量の水分を除去するために、12時間高真空下、100℃で、イオン性液体を乾燥させます。 </li><li>アルゴン雰囲気下のグローブボックス、負荷試験管内の試料の約4ミリリットルでは、完全に導電性プローブの検知テープを浸漬するのに十分なサンプルを追加してください。 </li><li>温度を制御し、均質性を維持するために、測定中に攪拌を維持するために加熱ブロックを使用してください。 </li><li> 30分の平衡時間の後、各温度での導電率をお読みください。 </li></ol></li><li> サイクリックボルタンメトリー（CV） <ol><li>アルゴン雰囲気下のグローブボックス中でリチウム/リチウム/白金三電極系を組み立てます。 </li><li>イオン性液体と容器を充電し、すべての電極がインマであることを確認してくださいイオン性液体にrsed。アルゴン下で容器を密閉。 </li><li> 20分間所望の温度に容器を平衡化。対Li + / Li -0.2 Vと6.5 Vの間には1mV /秒の電位速度をスイープ。 </li></ol></li></ol>電解質の調製<ol><li>微量の水の除去を保証するために厳密に撹拌しながら80℃で一晩高真空下でのイオン性液体を乾燥させます。 </li><li>真空オーブン中で三日間70℃でのLiTFSIを乾燥させます。 </li><li>グローブボックスに無水イオン性液体とのLiTFSI塩を転送します。 </li><li>攪拌棒を含む、オーブン乾燥したフラスコにイオン性液体（ 例えば 、モノHexC10TFSI、4.50グラム、6.4ミリモル）とのLiTFSI（1.83グラム、6.4ミリモル）を追加します。電解液の1.6 Mの濃度を得ることが均質になるまで混合物を一晩撹拌しました。 </li></ol>リチウムイオンコイン型電池の4製作<ol><li>アルゴンatmosp下のグローブボックス内でここでは、コイン電池の底部キャップに1春と1ステンレス鋼のディスクを配置します。ステンレス製のディスクで12.7ミリメートル径のLiCoO 2電極（24 mg）を配置します。 </li><li> 15分間、ホットプレート上で60℃で、上記で調製したイオン性液体電解質中のセパレータ（多孔質ポリプロピレン膜）の2枚を浸します。 </li><li>材料が完全に電解質（≈0.5ml）で覆われるまでのLiCoO 2カソードの表面にイオン性液体電解質を加えます。 </li><li>コイン電池の中心に電解液に浸したセパレータを配置します。そして、セパレータ上にイオン性液体電解質（数マイクロリットル）の数より多くの滴を追加します。 </li><li>グローブボックス内の12.7ミリメートルの直径を有するリチウム金属片をカット。セパレータの上にリチウム金属を配置します。 </li><li>コイン電池をキャップとグローブボックス内で捲縮機でそれを封印。 </li><li>目を開始する前に、グローブボックスの外にコイン電池を移し、12時間細胞を休ま電子バッテリー/電気化学のテスト。 </li></ol> 100℃での電池の5パフォーマンス<ol><li>電気化学的試験局からのケーブルがスレッド化された後壁に小さな穴を持つ100℃で動作するオーブンでコイン電池を置きます。電気化学的試験ステーションにコイン電池を接続します。 </li><li>温度に平衡化し、30分間100℃で細胞を残します。 </li><li>電気化学的試験ステーションの定電流充放電サイクルを選択します。 500にサイクル数を設定します。 </li><li>各充電後0 Vで60秒の休止時間を設定して4.2 Vに500μAへの充電電流と電圧の上限値を設定します。 </li><li>各放電後に0 Vで60秒の休止時間を設定して3.0 Vに500μAに放電電流と電圧に下限を設定します。 </li><li>ソフトウェアを使用して、4.2 V〜3.0 Vの間に500μAの電流での充放電サイクルを開始します。電荷出力AGを評価しますainst時間。 </li></ol>

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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

不燃性と高温機能リチウムイオン電池を開発するための我々のアプローチは、プロトタイプのコイン電池における新しいイオン液体電解質の合成とそれらのその後の評価を伴います。具体的には、モノ- HexC10TFSI及びジHexC10TFSI系電解質は、Li金属アノードとのLiCoO 2カソードを有するコイン型電池において試験しました。このアプローチ内の重要な手順は次のとおりである。1）設計仕様のセットに従ってリード電解質を特定します。 2）乾燥を維持し、細胞に侵入していない水を確保すること。 3）作業の電池を提供するセル組立手順を開発します。 陽イオンと陰イオンの異なる組み合わせ利用可能であり、与えられたイオン性液体の大多数に、反復プロセスは、イオン性液体の選択、性能の評価、及びその後の最適化、またはイオン性液体組成の変化を伴うする行われます。理想的な電解質材料は、POSS必要があります以下の特性ESS：1）広い電気化学的窓、電解質が安定していると、 2）高いイオン導電性と低い電気伝導性は、電極間のイオン輸送を促進し、自己放電を抑制します。 3）化学的及び熱的安定性電解...

リチウムイオン電池は、電気エネルギーと化学エネルギーとの間でエネルギーを変換し、格納し、要求に応じて、オン・行くエネルギーを供給するための便利な手段を提供するデバイスです。今日、リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度及び再帯電の携帯用電子機器市場を支配し、そのようなダウンホール掘削、自動車などの大規模な、特殊用途のために重要です。カソード、アノード、セパレータ、及び電解質：1-5電池は、4つの主要コンポーネントで構成されています。二つの電極の化学的性質は、電池の理論エネルギー密度を決定しながら、安全性と作業温度は、主に電解質材料によって制限されます。 6-9カーボネート系有機溶媒電解質（ 例えば 、ジメチルカーボネート（DMC）、エチレンカーボネート（EC））が広く、それらの低い粘度、高い導電性、および高いリチウム塩の溶解度をリチウムイオン電池に使用されます。また、特定のCOMBINAカーボネート系溶媒（DMC / EC）のションはまた、それによって、電解質と電極、および拡張するバッテリ寿命の間の分解反応を防止、安定した固体電解質界面（SEI）を形成します。しかし、炭酸塩溶媒は、短絡が存在する場合、潜在的に深刻な安全性の問題で、55℃以下にリチウムイオン電池の動作温度を制限し、低沸点及び引火点に苦しみます。 10,11 イオン性液体は、100℃以下の融解温度を有する塩のクラスです。 図12は、典型的な無機塩とは対照的に、イオン性液体は、広い液体範囲を有し、室温で液体であることができます。イオン液体は、イミダゾリウム、ホスホニウム、ピリジニウム、またはアンモニウムなどの1つまたは複数の有機カチオン性センターから構成され、例えば、メタンスルホン酸塩、ヘキサフルオロリン酸、またはハロゲン化物、無機又は有機アニオンと対になっています。 13,14可能なカチオンとアニオンの組み合わせの多様な調整可能な特性を持つ多数の組成物を可能にします。また、イオン性液体中に強いイオン相互作用が無視できる程度の蒸気圧、非可燃性、及び高い熱的および電気化学的安定性をもたらします。 15,16 イオン性液体と、従来の電解質を交換すると、現在のリチウムイオン電池に固有の安全性の問題に対処する一つの解決策であり、かつ高温での用途を可能にすることができます。 17-27は、高温用途のためのイオン性液体を含有するリチウムイオン電池を構築するために利用される一般的な合成材料の処理方法を説明するために、我々は、合成、熱特性、およびとペアモノ-およびジ-ホスホニウムイオン性液体の電気化学的特徴付けを記載するいずれかの塩化物（CL）またはビス（トリフルオロメタンスルホン酸）イミド（TFSI）アニオン。リチウムビス（トリフルオロメタン）スルホンイミド（LiTFSI）の異なる濃度は、その後ホスホニウムイオンliquに追加されidは、電解質を得ました。塩化アナログに比べて追加のLiTFSIとホスホTFSI電解質の性能に基づいて、コイン電池は、リチウム金属アノードとのLiCoO 2カソードと一緒にモノまたはジホスホTFSI電解質のいずれかで構成されています。最後に、電池性能は、二つの異なったコイン型電池を100℃で評価されます。これらの実験を行うことから得られた詳細な手順、実行中の課題、および洞察力は、以下に記載されています。

<table><tbody><tr><td>シリコーンオイル</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>85409</td><td></td></tr><tr><td>水酸化カリウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>221473</td><td>腐食性</td></tr><tr><td>ロータリーエバポレーター</td><td>Buchi</td><td>R-124</td><td></td></tr><tr><td>高真空ポンプ</td><td>Welch</td><td>8907</td><td></td></tr><tr><td>窒素、超高純度</td><td>エアガス</td><td>NI UHP300</td><td>圧縮ガス</td></tr><tr><td>テトラヒドロフラン、安定化BHT</td><td>Pharmco-Aaper</td><td>346000</td><td>可燃物付き。乾燥させてからご使用ください。</td></tr><tr><td>ジクロロメタン</td><td>Pharmco-Aaper</td><td>313000</td>可燃性<td>、有毒。</td></tr><tr><td>セパリー漏斗(1 L)</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-678-606</td><td></td></tr><tr><td>硫酸ナトリウム</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>239313</td><td></td></tr><tr><td>エタノール、絶対</td><td>Pharmco-Aaper</td><td>111USP200</td><td>可燃性、有毒。</td></tr><tr><td>ブフナー漏斗</td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>FB-966-F</td><td></td></tr><tr><td>メタノール</td><td>Pharmco-Aaper</td><td>339000ACS</td><td>可燃性、有毒。</td></tr><tr><td>トリエチルアミン(無水)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>471283</td><td>有毒、可燃性、環境に有害</td></tr><tr><td>ガラスシリンジ</td><td>Hamilton Company</td><td>1700シリーズ</td><td></td></tr><tr><td>重水素化クロロホルム</td><td>Cambridge Isotopes Laboratories, Inc.</td><td>DLM-29-10</td><td>有毒</td></tr><tr><td>な核磁気共鳴装置</td><td>Varian</td><td>V400</td><td></td></tr><tr><td>水素</td><td>エアガス</td><td>HY HP300</td><td>非常に可燃性。</td></tr><tr><td>Hexanes</td><td>Pharmco-Aaper</td><td>359000ACS</td><td>有毒で可燃性。</td></tr><tr><td>示差走査熱量計</td><td>TAインスツル</td>メンツ <td>Q100</td><td></td></tr><tr><td>N,N-ジメチルホルムアミド</td><td>シグマ・アルドリッチ</td><td>227056</td><td>毒性、可燃性。</td></tr><tr><td>トリヘキシルホスホン</td><td>TCIアメリカ</td><td></td><td>有毒、可燃性。</td></tr><tr><td>1-クロロデカン</td><td>シグマ-アルドリッチ</td><td></td><td>有毒、可燃性。</td></tr><tr><td>ビス(トリフルオロメタン)スルホンイミドリチウム塩</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>親水性</td></tr><tr><td>1,10-ジクロロデカン</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>有毒、可燃性。</td></tr><tr><td>熱墓地分析 (TGA)</td><td>TA Q50</td><td>TA 機器</td><td></td></tr><tr><td>示差走査熱量計 (DSC)</td><td>TA Q100</td><td>TA 機器</td><td></td></tr><tr><td>制御ひずみレオメーター</td><td>AR 1000&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>導電率計&nbsp;</td><td>Consort</td><td>K912</td><td>4電極セル</td></tr><tr><td>ポテンショスタット/ガルバノスタット</td><td>プリンストン応用研究&nbsp;</td><td>VersaStat MC4&nbsp;</td><td>電気化学試験</td></tr><tr><td>セパレーター</td><td>Celgard&nbsp;</td><td>C480&nbsp;</td><td>ポリプロピレン/ポリエチレン</td></tr><tr><td>CR2032コイン電池</td><td>MTI株式会社</td><td>EQ-CR2032-CASE</td><td></td></tr><tr><td>LiCoO2電極&nbsp;</td><td>(株)エムティーアイ</td><td>EQ-CR2032</td><td>正極材</td></tr><tr><td>リチウム金属&nbsp;</td><td>Alfa Aesar</td><td>10769</td><td>アノード材料</td></tr><tr><td>ステンレス鋼スペー</td><td>サーMTI Corp.</td><td>EQ-CR20-Spacer304-02</td><td>φ15.5 mm x 0.2</td></tr> mm <tr><td>ウェーブスプリング</td><td>MTI Corp.</td><td>EQ-CR20WS-Spring304</td><td></td></tr><tr><td>電動コイン電池圧着機</td><td>MTI Corp.</td><td>MSK-160D</td><td></td></tr><tr><td>グローブボックス</td><td>Mbraun</td><td></td><td>水フリー、酸素フリー操作</td></tr></tbody></table>

イオン液体系電解質、リチウムイオン電池の組立、および高温でのパフォーマンスの測定の合成

Synthesis of Ionic Liquid Based Electrolytes, Assembly of Li-ion Batteries, and Measurements of Performance at High Temperature

従来の電解質の化学的不安定性は、例えば、リチウムイオン電池として広く使用されているエネルギー貯蔵装置における安全性の問題のままです。高温で動作するデバイスで使用するためのリチウムイオン電池は、熱的に安定であり、不燃性電解質を必要とします。不燃性、不揮発性、熱的に安定した溶融塩であるイオン性液体（ILS）は、現在、今日使用可燃性および低沸点の有機溶媒電解質のための理想的な代替品です。当社は、本明細書に手順を説明します。1）塩化物またはビス（トリフルオロメタンスルホン酸）イミド（TFSI）アニオンと対になったモノ - およびジ - ホスホイオン液体を合成します。 2）示差走査熱量測定（DSC）及び熱重量分析（TGA）により、これらのイオン液体の熱的特性および安定性を測定します。 3）サイクリックボルタンメトリー（CV）によって、イオン性液体の電気化学的特性を測定します。 ; 4）、リチウムビス（トリフルオロメタン）スルホンアミドを含有する電解質を準備5）共同を測定温度の関数としての電解質のnductivity。 6）Li金属アノード及びLiCoO 2を正極と一緒に電解質2とコイン型電池を組み立てます。 7）100℃での電池性能を評価します。我々はさらに、実行中の課題だけでなく、これらの実験を行うことから得られた洞察を説明します。

イオン液体、モノHexC10ClおよびジHexC10Clは、求核反応を介して調製し、そしてそれに続くハロゲン交換反応は、（ 図1A）は、それぞれ、モノHexC10TFSI及びジHexC10TFSIイオン性液体を得ました。 14すべての4つのイオン性液体は無色でわずかに粘性液体（ 図1B）でした。モノHexC10TFSIイオン性液体の代表的な1 H NMRは、 図1Cに示され、そして質量分析および元素分析のデータと一緒に構造が確認されました。 次の4つのイオン液体の熱安定性は、（ 表1）を決定しました。代表的なイオン性液体としては、ジHexC10TFSIについて詳細に説明します。まず、DSCは-70〜150℃（ 図2A）との間の相転移があったか...

ここでは、ホスホニウムベースのイオン液体とリチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド塩電解質を調製し、不燃性で高温で機能するリチウムイオンコイン電池を組み立てるためのプロトコルについて説明します。

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion ...

本手順の目的は、リチウムビス（トリフルオロメチルスルホンアミド）を含む、不燃性で熱的に安定なホスホニウム系イオン液体電解質を用いた、高温動作リチウムイオン電池を組み立てることです。この手法は、高温エネルギー貯蔵分野における主要な課題、特にリチウムイオン電池における従来の電解質使用に伴う安全性上の問題に対処するものです。本技術の主な利点は、熱的に安定な電解質の合成と特性評価、および高温動作リチウムイオン電池を構築するためのアプローチを提供することにあります。この手法は、リチウムイオン電池向けに最適化されたバイオニック液体電解質の合理的設計に知見をもたらすものですが、スーパーキャパシタやその他のエネルギー貯蔵デバイスにも適用可能です。一般的に、この手法に不慣れな方は、不活性雰囲気下で極めて乾燥した材料を用いて測定を行うため、困難に直面することがあります。バイオニック液体は粘度が高いため、電池への導入が困難であり、本手法の視覚的なデモンストレーションが極めて重要となります。アルゴン充填グローブボックス内で、ガラスピペットを用いて、撹拌子を入れたオーブン乾燥済みの厚壁圧力容器に、トリヘキシルホスフィン 8.3 g と 1-クロロデカン 5.22 g を分注します。容器を PTFE ブッシングで密閉し、アルゴン雰囲気下、140 °C で 24 時間撹拌します。140 °C で真空下にて揮発分を除去し、粗 mono-hexe-10-chloride を得ます。mono-hexe-10-chlorideを、DCMと飽和食塩水の1:1混合液10 mLを用いて3回DCMに抽出します。DCM相から揮発成分を除去し、mono-hexe-10-chloride生成物を単離します。次に、6.25 gのリチウムTFSIを10 mLの脱イオン水に溶解させます。次に、7.75 gのmono-hexe-10-chlorideを10 mLのDCMに溶解します。そこにTFSI溶液を加えます。容器に蓋をし、室温で24時間撹拌して、粗々のmono-hexe-10-TFSIを得ます。mono-hexe-10-TFSIを20 millilitersのDCMで3回抽出します。DCM相1 milliliterに1 normal硝酸銀溶液を1〜2滴加え、塩化物の存在を確認してください。塩化銀が白色沈殿として観察された場合は、抽出を繰り返します。次に、mono-hexe-10-TFSI溶液を1 gの無水硫酸マグネシウムで乾燥させます。乾燥させた溶液をデカンテーションで移し、エバポレーターで溶媒を除去して生成物を単離します。ジホスホニウム誘導体を合成する場合は、1,10-ジクロロデカンを用い、モル比を適切に調整してこの手順に従ってください。粘度測定を行うため、窒素ガス充填グローブバッグ内に制御歪みレオメーターを設置します。イオン液体を1 mL、レオメーターのペルチェステージ上に滴下し、アルミニウムプレート全体が完全に覆われていることを確認します。すべての試験において、試料と直径20 mmの平行アルミニウムプレートとのギャップを1〜2 mmに設定します。サンプルをせん断速度100 Hertzで10秒間プレシェアし、その後15分間の平衡化ステップを行います。次に、周波数を1 Hertzに固定し、ひずみ振幅を0.1から10%まで変化させる振動ひずみスイープにより、線形粘弾性領域（LVR）を決定します。LVR内のひずみを選択し、0.1から10 Hertzまで振動周波数スイープを実施します。選択した周波数および歪みにおける複素粘度を測定します。次に、その周波数および歪みにおいて、10°Cから95°Cまで5°C刻みで振動温度スイープを行い、各温度で1分間の平衡時間を設けます。試料の導電率を測定するために、まずイオン液体を100°Cの真空下で12時間乾燥させます。約4 mLのイオン液体を試験管に入れます。導電率プローブを挿入し、プローブのセンサーが完全に浸るまで必要に応じてサンプルを追加します。攪拌しながら、サンプルを最初の測定温度まで加熱します。サンプルをその温度で30分間平衡化し、その後、導電率を測定します。この工程を各温度点について繰り返します。次に、グローブボックス内でリチウム-リチウム白金の3電極サイクリックボルタンメトリー装置をセットアップします。イオン液体をCVチャンバーに入れ、電極を液体に浸し、チャンバーが密閉されていることを確認します。サンプルを最初の測定温度で20分間平衡化し、その後、-0.2 Vから6.5 Vの間で1 mV/sの走査速度で電位をスイープします。基準電位はリチウムイオンリチウム参照電極です。この測定を、目的とする各温度について繰り返します。バッテリー作製を開始する前に、リチウムTFSIを真空乾燥機にて70 °Cで3日間乾燥させます。テストに使用するイオン液体は、激しく攪拌しながら、100 °Cの高真空下で24時間乾燥させます。2種類の乾燥液体、およびオーブン乾燥させたフラスコと撹拌子をグローブボックス内に搬入する。イオン液体とリチウムTFSIをそれぞれ6.4 millimolesずつフラスコに入れる。混合物を一晩撹拌し、電解質濃度1.6 molarの均質な混合物を得る。コインセルのハードウェア部品と直径12.7 millimeterのリチウムコバルト酸化物電極を70 degrees Celsiusで一晩乾燥させた後、グローブボックスに移動させます。コインセルの底面キャップに、スプリング1本とステンレス製ディスクを配置します。電極をスチールディスクの中に配置してください。電解質混合物をホットプレートで60°Cに加熱し、撹拌しながら2枚のポリプロピレン膜セパレーターを15分間浸漬させます。コバルト酸リチウム正極の表面に電解質混合物を約0.5 mL滴下し、その後、両方のセパレーターをコインセルの中心に配置します。セパレーターの上に電解質混合物を数滴滴下し、セル内の隙間がすべて充填されるようにします。電解液で覆われたカソードを60°Cで15分間加熱します。厚さ0.75 mmのリチウム金属を直径12.7 mmに切り出し、電解液を浸したセパレーターの上に配置します。コインセルにキャップをし、クリンパーで密封します。セルをグローブボックスから取り出し、12時間静置します。高温下でのバッテリー性能を試験するため、電気化学試験装置からのケーブルをオーブンの背面壁に配線します。コインセルをオーブン内の試験装置に接続し、オーブンの温度に的にするために、セルをオーブン内に30分間放置します。試験ステーションで定電流充放電サイクルを選択し、サイクル数を500回に設定します。充電および放電のパラメータと休止時間を設定し、充放電サイクルを開始して、時間経過に伴う充電出力（charge output）を評価します。高温下のリチウムイオン電池への適用について、4種類のホスホニウム系イオン液体を評価しました。熱重量分析により、分解温度は340から385 °Cの範囲であることが示されました。TFSIベースのイオン液体は粘度が低いため、電池コンポーネントの細孔や隙間を完全に充填するのに適しています。コバルト酸リチウム正極存在下で、リチウムTFSIを含むモノおよびジ-hexC10TFSIのサイクリックボルタンメトリー測定を行ったところ、期待通りのコバルト酸リチウムの酸化還元ピークが確認されました。どちらの液体においても、電流は温度の上昇とともに大幅に増加しました。mono-hexC10TFSI混合物は、すべての温度においてより高い電流応答を示しました。100 °Cにおいてmono-hexC10TFSIを含むコインセル電池の充放電サイクル試験を行ったところ、リチウムTFSIの低濃度において電池容量の衰退が急速に進むことが示されました。飽和点に近い濃度では、20サイクルの後の容量低下は約10%まで抑制されました。1.6 MのTFSIおよびmono-hexC10TFSIを含むコインセル電池を用いて、100 °Cで長期の定電流充放電サイクル試験を実施しました。電池容量は初期状態で約135 mAh/gでした。1ヶ月後、容量は70 milliampere hours per gramまで低下しました。この手順を行う際は、セルを組み立てる前に、電解質や電極などのバッテリーのすべての構成要素を十分に乾燥させることが重要です。さらに、コインセルを組み立てる際は、正極とセパレーターに電解質を塗布するように注意してください。このビデオを視聴することで、イオン液体電解質の合成およびリチウムイオン電池の作製ができるようになります。イオン液体は標準的な電解質に比べて粘度が高いため、取り扱いには十分な注意が必要です。

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電極と電解質の調製による非プロトン性Li-O2電池の電気化学的試験のためのプロトコルと、頻繁に使用される特性評価方法の紹介がここで紹介されています。...

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本プロトコルは、(脱)リチウム化中のSiナノ粒子の体積変化を利用して、 in situ...

In situ透過型電子顕微鏡を用いた全固体電池用コーティングのスクリーニング

学ぶ ホスホニウム系イオン液体とリチウムTFSI塩の電解質合成法、および高温リチウムイオン電池の組立手順。この手法は不燃性で熱安定性の高い電池開発に貢献します。

イオン液体系電解質、リチウムイオン電池の組立、および高温でのパフォーマンスの測定の合成

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