Research Abstract

面積容量の高いデンドライトフリーリチウム金属可逆電極 ブックマーク

A reversible dendrite-free high-areal-capacity lithium metal electrode

2017年4月5日 Nature Communications 8 : 15106 doi: 10.1038/ncomms15106 (2017)

デンドライトを生じないリチウム金属可逆電極は、ポストリチウムイオン電池の開発において極めて重要な役割を果たすため、最近活発に研究されている。しかし、実用的な面積容量の高いデンドライトフリーリチウム金属可逆電極は、これまで十分に達成されていない。今回我々は、希釈溶媒和イオン液体を用いて、常温において5 mA cm-2を超える高い電流密度で、面積容量(12 mAh cm-2)と高いクーロン効率(99.98%を超える)のリチウム電析/溶解サイクルを実現する手法について報告する。リチウム金属電極に対するサイクリックボルタンメトリーを用いた前処理(premodulation)によってリチウム電析速度を大きく向上できる。この手法の本質は、希釈溶媒和イオン液体中で電極表面に形成されるSEI層を調整し、金属リチウムの二次元成長モードを促進することにある。我々は、今回の発見が、デンドライトフリーのリチウム金属可逆負極の開発に向けて道を開く可能性があると期待している。

Hui Wang, Masaki Matsui, Hiroko Kuwata, Hidetoshi Sonoki, Yasuaki Matsuda, Xuefu Shang, Yasuo Takeda, Osamu Yamamoto and Nobuyuki Imanishi

Corresponding Authors

Hui Wang
三重大学 工学部 分子素材工学科
(Current affiliation: Pacific Northwest National Laboratory, WA, USA)

今西 誠之
三重大学 工学部 分子素材工学科

Reversible dendrite-free low-areal-capacity lithium metal electrodes have recently been revived, because of their pivotal role in developing beyond lithium ion batteries. However, there have been no reports of reversible dendrite-free high-areal-capacity lithium metal electrodes. Here we report on a strategy to realize unprecedented stable cycling of lithium electrodeposition/stripping with a highly desirable areal-capacity (12 mAh cm−2) and exceptional Coulombic efficiency (>99.98%) at high current densities (>5 mA cm−2) and ambient temperature using a diluted solvate ionic liquid. The essence of this strategy, that can drastically improve lithium electrodeposition kinetics by cyclic voltammetry premodulation, lies in the tailoring of the top solid-electrolyte interphase layer in a diluted solvate ionic liquid to facilitate a two-dimensional growth mode. We anticipate that this discovery could pave the way for developing reversible dendrite-free metal anodes for sustainable battery chemistries.