| Project/Area Number |
22K14754
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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 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
能登原 展穂 長崎大学, 工学研究科, 助教 (20908595)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (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 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 多孔性カーボン / 全固体電池 / Liイオン拡散 / SnO2 / 電子顕微鏡観察 / その場観察 / STEM |
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| Outline of Research at the Start |
全固体リチウムイオン電池の高容量化のためにはSnO2などの高容量な充放電活物質を利用する必要があるが，これらは充放電に伴う大きな体積変化のため安定な作動に至っていない。多孔性カーボンは充放電活物質を全固体電池に適用するためのホスト電極材料として有効であるが，固体電解質の存在しない多孔カーボン細孔内におけるLiイオン伝搬メカニズムを明らかでない。本研究では多孔性カーボンの細孔内に制約したSnO2の充放電過程における構造変化やLiイオンの伝搬メカニズムを明らかとし，SnO2の高速充放電時も高容量を発現可能なSnO2/多孔カーボン電極材料を創成する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では多孔性カーボンの細孔内に制約したSnO2の充放電過程における構造変化やLiイオンの伝搬メカニズムを明らかとし，SnO2の高速充放電時も高容量を発現可能なSnO2/多孔カーボン電極材料を創成することを目的としている。
今年度は昨年度に引き続き，SnO2/多孔カーボン複合体の充放電過程の構造変化を追跡することで充放電メカニズムの解明をすすめてきた。SnO2/多孔カーボン粉末を金属集電体箔に塗工したものをSEペレットに貼り付け，LiIn対極を使用した全固体ハーフセルを作製した。充放電測定や電極の構造評価から，LiイオンはSnO2/多孔カーボン電極中に挿入されるが，脱離しにくいことが分かった。SnO2を含まない多孔カーボンのみでも同様の結果が得られたことから，Li挿入過程はSnO2の担持量や担持状態によらず，進行するが，脱Li化過程がSnO2の担持状態に依存することが分かった。昨年までのin-situ STEM観察から，LiイオンはSnO2の粒子接触部を優先的に伝搬していることから，脱Li化過程において，カーボン中のLiイオン伝搬が阻害されていることがわかった。これによりカーボン細孔内のSnO2の充放電反応利用率はSnO2の担持状態に依存するメカニズムが明らかとなった。
カーボン細孔内のLiイオン伝搬性を向上するためにカーボン細孔内へのLiイオン伝導体の添加方法を検討し，LiIなどのイオン伝導体を導入することでSnO2の利用率が向上することを明らかとした。
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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
細孔内におけるLiイオン伝搬経路について実験的に明らかにし，多孔性カーボン中のLiイオン拡散が生じにくいという新しい発見にもつながっており，計画はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
カーボン細孔内のイオン拡散性をさらに高めるために，カーボン細孔内への固体電解質の導入や，Sn/多孔カーボン複合体の合成検討を行い，構造評価，充放電特性を評価する。電池特性と構造の相関を系統的に調べ，Liイオンがカーボン細孔内をスムーズに移動できるSn系全固体電池負極を開発する。
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