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Elucidation and design of microstructure suitable for oxide-based all-solid-state batteries

Research Project

Project/Area Number 16K06787
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Structural/Functional materials
Research InstitutionOsaka Research Institute of Industrial Science and Technology (2017-2020)
Osaka Municipal Technical Research Institute (2016)

Principal Investigator

TAKAHASHI Masanari  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究フェロー (90416363)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 山本 真理  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (20416332)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2019: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2018: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2017: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords酸化物固体電解質 / 緻密化 / 焼結 / 全固体電池 / 固体電解質 / スパークプラズマシンタリング / Li7La3Zr2O12 / 電子・電気材料 / セラミックス / 環境材料 / 表面・界面物性
Outline of Final Research Achievements

Solid electrolyte (Li7La3Zr2O12; LLZO) with high ionic conductivity was coated with a non-rigid solid electrolyte (rapidly quenched glass 60Li4SiO4-40Li3BO3;LBS with a low melting point and a low glass transition point).
Densification of the composite by SPS sintering was investigated. As a result of cross-sectional observation and conductivity measurement, the conductivity of it was enhanced at 290℃ and it was densified at 800℃. It was found that the introduction of LBS made it possible to reduce the temperature from the usual 1200 ℃, but the softness and temperature reduction were insufficient.
On the other hand, LLZO coated with a layered compound promoted densification of the LLZO molded product. It is considered that LLZO worked effectively for slipping and densification.It was found that by imparting ionic conductivity to the layered compound, it can be a solid electrolyte suitable for forming a dense molded product.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

硫化物系固体電解質は、柔らかくプレス成型だけで緻密化するため、固体―固体界面の構築が容易で、全固体電池の実現が近い。ところが、酸化物系固体電解質は硬くてもろく、固体―固体界面は点接触となり、イオン伝導パスの構築できず、酸化物系全固体電池の実用化の見通しは遠い。柔軟な酸化物固体電解質の開発が急務だが、これまでよい材料は提案されていない。本研究により、オルトオキソ酸リチウムを複合化する場合、ガラスの融点近傍での焼結で界面構築が可能であることを示した。また、層状化合物の滑り特性が緻密化に有効に働いたことから、新たな固体電解質の開発指針を見出すことができたので、学術的にも社会的にも意義深い。

Report

(6 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2020 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Stable Cyclability Caused by Highly Dispersed Nanoporous Si Composite Anodes with Sulfide-based Solid Electrolyte2020

    • Author(s)
      Okuno Ryota、Yamamoto Mari、Kato Atsutaka、Takahashi Masanari
    • Journal Title

      Journal of the Electrochemical Society

      Volume: 167 Issue: 14 Pages: 140522-140522

    • DOI

      10.1149/1945-7111/abc3ff

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  • [Journal Article] Effects of volume variations under different compressive pressures on the performance and microstructure of all-solid-state batteries2020

    • Author(s)
      Mari Yamamoto, Yoshihiro Terauchi, Atsushi Sakuda, Atsutaka Kato, Masanari Takahashi
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 473 Pages: 228595-228595

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  • [Journal Article] Fabrication of composite positive electrode sheet with high active material content and effect of fabrication pressure for all-solid-state battery2017

    • Author(s)
      M. Yamamoto, M. Takahashi, Y. Terauchi, Y. Kobayashi, S. Ikeda, A. Sakuda
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 125 Issue: 5 Pages: 391-395

    • DOI

      10.2109/jcersj2.16321

    • NAID

      130005632209

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
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      S. Higashimoto, T. Okada, T. Arase, M. Azuma, M.Yamamoto, M. Takahashi
    • Journal Title

      Electrochimica Acta

      Volume: 222 Pages: 867-874

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      奥野 亮太、山本 真理、(寺内 義洋、加藤 敦隆、高橋 雅也
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  • [Presentation] 全固体リチウムイオン二次電池作製プロセスの開発2018

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      高橋雅也、山本 真理、加藤 敦隆、寺内 義洋、奥野 亮太、山根 拓磨
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      奥野 亮太、山本 真理、寺内 義洋、加藤 敦隆、高橋 雅也
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      日本セラミックス協会関西支部学術講演会
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      山本 真理、寺内 義洋、作田 敦、加藤 敦隆、高橋 雅也
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      奥野 亮太、山本 真理、寺内 義洋、高橋 雅也
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      電気化学会第84回大会
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      首都大学東京 南大沢キャンパス(東京都八王子市南大沢1-1)
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      2017-03-25
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      日本セラミックス協会 2017年年会
    • Place of Presentation
      日本大学 駿河台キャンパス(東京都千代田区神田駿河台1-8-14)
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      2017-03-18
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      木本孝仁, 山本真理, 寺内義洋, 池田慎吾, 小林靖之, 高橋雅也
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      大阪府立大学中百舌鳥キャンパス(大阪府堺市中区学園町1-1)
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      2016-12-10
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      日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
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      広島大学東広島キャンパス(広島県東広島市鏡山一丁目3番2号)
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      山本真理・小林靖之・池田慎吾・高橋雅也
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      日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
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      広島大学東広島キャンパス(広島県東広島市鏡山一丁目3番2号)
    • Year and Date
      2016-09-07
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    • Author(s)
      高橋雅也、山本真理
    • Total Pages
      490
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861047800
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      5
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 1.全固体二次電池用の添加剤、全固体二次電池及びその製造方法2016

    • Inventor(s)
      高橋雅也、山本真理、辛島修一、宮原亮 他4名
    • Industrial Property Rights Holder
      高橋雅也、山本真理、辛島修一、宮原亮 他4名
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2016-08-16
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    • Overseas

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2022-01-27  

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