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Elucidation of the high-speed charging mechanism through blast processing of the metal anode solid-state battery electrode interface

Research Project

Project/Area Number 22K14761
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Kodama Manabu  東京工業大学, 工学院, 助教 (90825879)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords全固体電池 / リチウム金属負極 / デンドライト / ブラスト加工 / リチウム金属負極全固体電池 / リチウムデンドライト / 高速充電 / 酸化物系固体電解質
Outline of Research at the Start

リチウム金属負極を用いた全固体電池は既存電池の10倍以上の容量を実現できるが,高速充電時に内部短絡する問題がある.これまでの研究からリチウム金属負極に接する固体電解質表面にブラスト加工を施すと,内部短絡を起こさずに充電できる充電速度を向上できることが明らかとなっている.ブラスト加工による界面装飾は既存の界面装飾手法と比較して,安価で高速に実現でき,量産実用化に適した手法である.しかしこの高速充電化メカニズムは未解明で,加工法の最適化によるさらなる高速充電化も期待できる.そこで本研究では,ブラスト加工による高速充電化メカニズムの解明と,加工条件の最適化によるさらなる高速充電化を実現する.

Outline of Final Research Achievements

In lithium metal anode solid-state batteries, blast processing of the solid electrolyte surface prevents internal short circuits during fast charging and enhances charging speed. This processing method is low-cost and more suitable for mass production compared to existing techniques. This study elucidates the mechanism behind the fast charging enabled by blast processing, revealing that improvements in interface durability and contact are crucial. The findings suggest that optimal processing conditions can lead to further performance enhancements. The results of this research have been published in one international paper and presented at nine international and domestic conferences.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、リチウム金属負極全固体電池のブラスト加工が高速充電を可能にし、安全性と効率を向上させることを示した。これは、電池技術の進展において重要な進歩であり、エネルギー貯蔵の持続可能性とアクセシビリティを高める。さらに、低コストで量産可能な方法であるため、電気自動車や再生可能エネルギーシステムへの応用が期待され、社会的・経済的影響も大きい。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Improvement of lithium-metal electrode performance of all-solid-state batteries by shot peening on solid-electrolyte surface2022

    • Author(s)
      Kodama M.、Takashima K.、Hirai S.
    • Journal Title

      Journal of Power Sources

      Volume: 537 Pages: 231556-231556

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2022.231556

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] リチウム金属負極全固体電池へのショットピーニングによる高速充電化2023

    • Author(s)
      兒玉 学, 髙嶋 快, 平井 秀一郎.
    • Organizer
      ショットピーニングシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 酸化物系固体電解質へのショットピーニングにおける投射材粒子形状の影響2023

    • Author(s)
      兒玉学, 髙嶋快, 平井秀一郎
    • Organizer
      電気化学会第90回大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Research-status Report
  • [Presentation] 砥粒吹付加工による硫化物系リチウム金属負極全固体電池の充電性能向上2023

    • Author(s)
      宮本 幹太, 高嶋 快, 兒玉 学, 平井 秀一郎
    • Organizer
      第60回 日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Improvement of all solid-state lithium metal battery performance with sulfide and oxide electrolyte by shot peening2023

    • Author(s)
      Manabu Kodama, Kanta Miyamoto, Kai Takashima, Shuichiro Hirai
    • Organizer
      INCASE2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リチウム金属負極全固体電池へのショットピーニングによる高速充電化2023

    • Author(s)
      兒玉 学, 髙嶋 快, 平井 秀一郎
    • Organizer
      ショットピーニングシンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Shot Peening on All-solid-state Lithium Metal Battery for High-speed Charging2022

    • Author(s)
      M. Kodama, K. Takashima, S. Hirai
    • Organizer
      14th International Conference of Shot Peening
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Performance Improvement of Lithium Metal Anode All-Solid-State Batteries By High-Speed Blowing of Abrasive Grains2022

    • Author(s)
      K. Takashima, M. Kodama, S. Hirai
    • Organizer
      242nd ECS meeting
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Li金属負極全固体電池のショットピーニング加工による電極性能向上効果の砥粒径依存性2022

    • Author(s)
      髙嶋 快, 兒玉 学, 平井 秀一郎
    • Organizer
      第63回電池討論会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] リチウム金属負極全固体電池における砥粒吹付加工の固気二相流解析2022

    • Author(s)
      兒玉 学, 髙嶋 快, 平井 秀一郎
    • Organizer
      熱工学カンファレンス2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 砥粒の高速吹き付けによる全固体リチウム金属負極電池の性能向上2022

    • Author(s)
      髙嶋 快, 兒玉 学, 平井 秀一郎
    • Organizer
      第59回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Book] EV用電池の安全性向上、高容量化と劣化抑制技術2023

    • Author(s)
      兒玉学 ほか
    • Total Pages
      529
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861049927
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2025-01-30  

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