リチウムイオン電池用のリチウム塩/アミドベースの深部共生物電解質：電気化学、熱、計算研究

深部共生溶媒（DESS）は最近、イオン液体と同様の特性を持つ安価な材料として大きな注目を集めています。リチウムイオン電池（LIB）などの電気化学デバイスでのDESSの実用的な用途では、デバイスのパフォーマンスを決定する重要なパラメーターであるため、融点と電気化学的安定性の操作が重要です。この研究では、5つのアミド誘導体（尿素、アセトアミド、N、n'-ジメチルプロピレナ尿素、2-イミダゾリジノンおよびテトラメチル尿症）と2つの代表的なLi-salts（n'-ジメチルプロピレナ尿症）で構成されるLi-salt/アミドベースの電解質（DEE）のファミリーを調査しました。LiclおよびLitfsi）、熱化学的特性と電気化学的特性の観点から。融点に対する配位状態の効果を検証するために、リチウム塩とアミドの間の配位状態は、4つの代表的なDEEを使用した分子動力学シミュレーションによって計算されました。電気化学的安定性に関して、HOMOとLUMOは密度官能理論によって計算され、環状ボルタンメトリーの実験結果との相関が検証されました。水素結合ドナー（HBD） - N-H結合のないアミド（1,1,3,3-テトラメチル尿素および1,3-ジメチル-2-イミダゾリン）で構成されるフリーディースは、アミド由来のHBDを含むHBDを含むものよりも優れていることがわかりました。還元安定性の観点から、N-H結合（尿素、アセトアミド、2-イミダゾリジノンなど）があります。この研究で評価されたさまざまなDEEの中で、DEEはLITFSIに由来しました：1,1,3,3-テトラメチルウレア= 1：5 mol％は、融点、電気化学的安定性、およびイオン導電率の点で最良の電解質でした。この研究の結果は、DESをLIB電解質として設計するための重要なガイドラインを提供します。

Deep eutectic solvents (DESs) have recently attracted significant attention as inexpensive materials with similar characteristics to ionic liquids. For practical applications of DESs in electrochemical devices such as lithium-ion batteries (LIBs), the manipulation of the melting point and electrochemical stability is important as they are important parameters that determine device performance. In this study, we investigated a family of Li-salt/amide-based electrolytes (DEEs) comprised of five amide derivatives (urea, acetamide, N,N'-dimethylpropyleneurea, 2-imidazolidinone and tetramethylurea) and two representative Li-salts (LiCl and LiTFSI), in terms of thermal and electrochemical properties. To verify the effect of the coordination state on the melting point, the coordination state between lithium salt and amide was calculated by a molecular dynamics simulation using four representative DEEs. Regarding electrochemical stability, the HOMO and LUMO were calculated by density functional theory and the correlation with the experimental result of cyclic voltammetry was verified. Hydrogen bonding donor (HBD)-free DEEs comprised of amides without any N-H bonds (e.g. 1,1,3,3-tetramethylurea and 1,3-dimethyl-2-imidazoline) were found to be superior to those containing HBDs derived from amides having N-H bonds (e.g. urea, acetamide and 2-imidazolidinone), in terms of reduction stability. Among various DEEs evaluated in this study, the DEE derived from LiTFSI : 1,1,3,3-tetramethylurea = 1 : 5 mol% was the best electrolyte in terms of melting point, electrochemical stability and ionic conductivity. The results of this study provide important guidelines for designing DESs as LIB electrolytes.