Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、窒素を含有する複合アニオン系リチウムイオン伝導体の新物質探索と構造解明に取り組む。硫化物をベースに窒素を添加した硫窒化物材料を、様々な窒素源を用いたメカノケミカル法により合成し、それらの導電率や成形性、化学的安定性、構造について調べる。また、酸化物やハロゲン化物ベースの窒素含有リチウムイオン伝導体の探索も行う。最終的には、本研究で開発した窒素含有複合アニオン系リチウムイオン伝導体を用いた全固体リチウム電池を試作し、電気化学的評価を行うことによって、全固体電池用電解質としての窒素添加効果を総合的に判断する。
これまでに、硫化物イオンとハロゲン化物イオンの複合アニオン系材料として、Li6SbS5I結晶がアルジロダイト型構造をもつリチウムイオン伝導体となることを見出した。本年度は、Li6SbS5Iの結晶構造解析とイオン伝導メカニズムについて調べた。Li6SbS5Iは25°Cで2.1×10－6 S cm－1のイオン伝導度と35 kJ mol－1の活性化エネルギーを有し、Li6PS5Iよりも優れたイオン伝導特性を示すことがわかった。Li+のBond Valence Site Energyの等値曲面の分布から、inter-cage jumpとintra-cage jumpのしやすさが両者で異なっており、Li6SbS5IではLi6PS5Iよりも低エネルギーで3次元的に伝導経路が連結し、特にinter-cage jumpがより高頻度で起こることがわかった。これがLi6SbS5Iが優れたイオン伝導特性を示す要因と考えられる。複合アニオン系リチウムイオン伝導体に適用するための窒素源として、リチウムイオン伝導性を示す新規な窒化物材料の作製に取り組んだ。遊星型ボールミルを用いたメカノケミカル法を用いて、Li3NとGaNを常温・常圧下で直接反応させることによって窒化物材料を得た。作製したxLi3N・GaN (x=1, 2, 3)試料のX線回折測定の結果、出発原料由来のピークは観測されず、逆蛍石構造に帰属可能な回折ピークが観測された。またxの増加に伴って格子定数が増加したことから、仕込み組成に応じた固溶体が得られていることがわかった。作製した試料の粉末成形体のイオン伝導度はLi3N量が増加するにしたがって増大し、x = 3の組成で最大の3.7×10－6 S cm－1の室温伝導度を示し、伝導の活性化エネルギーは43 kJ mol－1であった。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of the Ceramic Society of Japan
Volume: 127 Issue: 8 Pages: 518-520
10.2109/jcersj2.19077
130007686965
Solid State Ionics
Volume: 339 Pages: 114985-114985
10.1016/j.ssi.2019.05.020
http://www2.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/ohka2/index.html
