酸化物固体電解質を用いた一括焼結Liイオン二次電池用正極の高性能化
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22K04739
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
渡邉 賢 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (90552480)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 一括焼結型全固体電池 / ガーネット / 層状岩塩 / 全固体電池 / Liイオン伝導体 / 層状岩塩構造 / ガーネット型酸化物 / 一括焼結 |
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| Outline of Research at the Start |
申請者は、これまでにガーネット型酸化物（Li7La3Zr2O12:LLZ）を固体電解質、Ni系層状岩塩酸化物を正極活物質とした一括焼結型全固体Liイオン二次電池（Co-fired all solid-state Li-ion battery: Cf-AssLiB）の作製プロセスを確立した。本研究では、Cf-AssLiBにしか実現できない活物質緻密正極や活物質緻密層と活物質/固体電解質複合層を積層した二層正極など正極微細構造や活物質組成が電池特性に与える影響を調査し、Cf-AssLiBの高性能化に資する設計指針を得ることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、ガーネット型固体電解質（LLZ）とLiCoO2に代表される各種層状岩塩構造を有する正極活物質との一括焼結による半電池の作製確立し、Li金属負極を用いたセルにおいて、室温で充放電可能であることを見出している。この一括焼結電池は、空気または酸素中で焼結するため、導電助剤であるカーボンを添加することができず、電池反応進行に必要な正極合剤内の電子の輸送は正極活物質そのものが担っている。また、各種正極活物質は、Liイオン伝導パスとしても機能する。したがって、これまでの液LIBとは異なり、一括焼結電池では、複合正極内における正極活物質とLLZの混合状態、微細構造、正極活物質の混合導電性によって、電池特性が制御可能と考えられる。特に、焼結を用いるため正極活物質のみを緻密化させた緻密電極やLLZ/正極活物質混合電極と緻密層を積層させた電極構造など様々な電極構造を適用可能となる。そこで、本研究では、一括焼結電池ならでは電極構造の設計に取り組んだ。
本研究では、まずLi-Ni-Co-O系を正極活物質として、LLZ/活物質複合電極を作製し、LLZ/活物質混合比が電池特性に及ぼす影響を調査した。仕込みLLZ/活物質比を40/60、50/50、40/60とした。混合比40/60では、理論容量近い充放電容量が確認されたのに対し、活物質比率増大に伴い、放電容量の減少が確認された。加えて、サイクル特性も活物質比増大に伴い増大する傾向が確認された。サイクル後の試料では、正極｜固体電解質界面にクラックや剥離がみられたことから、充放電に伴う活物質の体積変化に伴う物理的なLiイオン伝導パスの断絶が特性低下の主要因と考えられた。これらの結果は、正極｜固体電解質の接合強度が混合比率に依存することを示唆しており、混合比に傾斜をつけ接合強度を向上した電極構造が一括焼結電池には適していると推察された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画どおり、一括焼結型電池の正極微細構造と電池特性の相関を明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
正極｜固体電解質の接合強度と正極複合電極中のLLZ/活物質比に相関が示唆されたことから、混合比傾斜構造を適用した一括焼結型電池を作製し、電極構造と電池特性の相関を明らかにしていく。また、混合比と機械的強度の関係を定量的に評価する。さらに、活物質組成の影響についてもあわせて調査を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
