| Project/Area Number |
21K14716
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
引間 和浩 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50845617)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 全固体電池 / 液相複合化 / 硫化物固体電解質 / 電気化学的解析 / 断面微構造観察 / 全固体リチウム二次電池 / 高容量型正極 / 固体固体界面 |
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| Outline of Research at the Start |
究極的に安全な全固体Li二次電池は車載用途等に向けて高エネルギー密度化が求められており、負極の半分以下の容量である正極の高容量化が必須となる。申請者はこれまでに、高容量を有するLi過剰系正極が固体電解質との界面で電気化学活性を示すことを見出した。しかし、Liイオン・電子伝導性に乏しいLi過剰系正極を全固体電池に適用するためには、硫化物系固体電解質、導電助剤との複合化が必要である。そこで本研究では、核成長法などの液相複合法によりLi過剰系正極複合体を作製する。均一性を維持しLiイオン・電子伝導性を制御した正極複合体を用いて、全固体電池での高容量発現を明示することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では核成長(SEED)法などの液相法により正極複合体を作製し、全固体電池での高容量の発現を目指している。2023年度は、①SEED法で作製したLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極複合体のイオン伝導性・電子伝導性などの電気化学的解析や断面微構造観察を行った。また、②SEED法を次世代型の高容量Li2RuO3正極活物質に展開した。
乳鉢混合で作製したLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2-Li7P2S8I正極複合体は、6サイクル後の放電容量維持率が66.1％であったのに対し、SEED法では99.7％を示した。乳鉢混合では不可逆容量が大きく、放電容量の減少が顕著に表れた一方で、SEED法ではサイクル安定性が向上した。このような差が見られた正極複合体について、断面SEM-EDX観察を行ったところ、SEED法で作製した正極複合体では、乳鉢混合の正極複合体よりも固体電解質が均一に分布していることが分かった。また、SEED法で作製した固体電解質単体のイオン伝導性は、乳鉢混合で使用した固体電解質に比べ一桁以上低いものの、それぞれの正極複合体のイオン伝導性は同等の値を示した。よって、液相内で複合化させることで均一なイオン伝導パスが形成され、活物質利用率が向上したとともに、正極活物質の膨張・収縮を緩和して安定性が向上したと考えられる。以上より、SEED法で作製した正極複合体が持つユニークな断面微構造を明らかにした。
また、②について、Li2RuO3正極活物質を使用した複合体では、SEED法で複合化することで初回放電容量の大幅な向上(100 mAh g-1)が見られた。これは複合体内で均一にイオン伝導経路を構築することで、イオン伝導性の低いLi2RuO3正極活物質を効果的に電池反応に活用できたためと考えられる。このことから、新規正極活物質へのSEED法適用の見通しを立てることができた。
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