鋰離子充電電池的構(gòu)造和工作原理。圖片由富士膠片提供。
通過此次研究查明的化學反應的示意圖。圖片由富士膠片提供。
對于鋰離子充電電池的性能和安全性，電解液的還原及分解反應、以及由電解液分解形成的SEI膜（電極表面的覆膜）的形成被認為是“關(guān)鍵”。雖然大家都知道SEI膜的功能可通過添加微量添加劑得到顯著改善，但與SEI膜的形成相關(guān)的化學反應卻因為難以直接觀察而一直未能探明。
此次研究使用超級計算機“京”，在全球首次將融合了處理化學鍵變化的“第一性原理分子動力學法”與計算液體中化學反應的“自由能計算法”融合在一起的計算技術(shù)運用到了鋰離子充電電池中。前者是不利用經(jīng)驗參數(shù)、只使用基于量子力學方程式的原子間作用力的分子動力學計算方法，后者是求解動態(tài)化學反應的激活自由能、反應自由能及反應路徑的方法。計算機模擬時，電解液材料使用碳酸亞乙酯（EC），添加劑使用碳酸亞乙烯酯（VC）。
經(jīng)過計算機模擬，最終在分子水平查明了EC和VC的還原與分解的過程、EC與VC反應形成SEI膜的過程以及上述程中的副產(chǎn)物氣體（CO、C2H4、CO2）的產(chǎn)生情況。從而探明了被充電時在電極間移動的離子還原的電解液的分子與未被還原的添加劑的分子發(fā)生反應、從而形成SEI膜材料的新的化學反應機制。（《Tech-On！》記者：森元美?。?【日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng)】
