51探花

【本学研究者情报】

〇金属材料研究所　助教　李弘毅

【発表のポイント】

• リチウム金属电池の性能を左右する电解液浓度について、最适条件を判断するための新たな指标を発见しました。　
• リチウムイオン（尝颈⁺）と阴イオン（罢贵厂滨^-）が协调的に输送される浓度领域では、リチウム金属が均一に析出?溶解し、高い充放电安定性が得られることを明らかにしました。　
• リチウム金属表面近傍（深さ数十苍尘）の硬さと弾性率の定量评価により、イオンの协调输送が机械的に安定な表面保护膜（厂贰滨）の形成を促进することで、デンドライト成长を抑制することを実証しました。　

【概要】

リチウム金属电池は、従来のリチウムイオン电池を大きく上回るエネルギー密度を実现できる次世代蓄电池として期待されています。しかし、充放电时に発生するデンドライト（针状リチウム）の成长が寿命や安全性を低下させるため、その抑制が大きな课题となっています。これまで电解液の高浓度化が有効とされてきましたが、最适な浓度を决定する指针は十分に明らかになっていませんでした。

东北大学金属材料研究所の李弘毅助教、市坪哲教授の研究グループは、尝颈罢贵厂滨/贰颁-笔颁电解液の浓度を系统的に変化させ、イオン输送、リチウム析出?溶解挙动、および保护膜（厂贰滨）の力学特性を包括的に解析しました。その结果、尝颈⁺と罢贵厂滨^-の协调的な移动を示す浓度领域で均一かつ可逆的なリチウム析出?溶解と机械的に安定な厂贰滨形成が実现し、优れた充放电安定性が得られることを発见しました。本成果は、イオン输送特性と厂贰滨の机械的安定性を指标とする新たな电解液设计指针を示すものです。

本成果は、2026年6月29日に学術誌ACS Electrochemistryにオンライン掲載されました。

図1. 電解液濃度がイオン輸送、SEI形成、およびリチウム析出挙動に及ぼす影響。(a) 各濃度のLiTFSI/EC-PC電解液の外観。濃度の上昇に伴って粘度が増加し、4.16 Mで室温における飽和濃度に到達しました。(b) 電解液濃度の増加に伴う溶媒和構造およびイオン輸送機構の模式図。(c) 各濃度の電解液におけるリチウム（⁷尝颈）およびフッ素（¹⁹F）の自己拡散係数。1-2 Mの濃度領域では両者の自己拡散係数が近い値を示し、Li⁺と罢贵厂滨^-を含むイオン種の協調的な輸送が示唆されました。(d) 保護膜（SEI）を含むリチウム金属表面近傍における硬さと弾性率の比（H/E比）。Li?と罢贵厂滨?の協調的な移動が示唆された濃度条件では、より高いH/E比を示し、機械的安定性およびき裂発生抵抗の向上が促進されました。(e) 銅箔集電体上における初回リチウム析出後および溶解後の電極断面の電子顕微鏡観察像。イオン輸送特性およびSEIの力学特性の変化に伴い、リチウム析出物の平坦化?緻密化が確認されました。

【论文情报】

タイトル：Correlated Ion-Pair Diffusion Enables Balanced Transport Kinetics and Interfacial Stability for Lithium Metal Anodes
著者：Rongkang Jin, Hongyi Li,* Mariko Ando, and Tetsu Ichitsubo
*责任着者：东北大学金属材料研究所　助教　李弘毅
掲載誌：ACS Electrochemistry
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详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学金属材料研究所
助教　李弘毅
TEL: 022-215-2372
Email: li.hongyi*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（报道に関すること）
东北大学情报企画室広报班
TEL: 022-215-2144
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