メカニカルミリングによる非晶質固体電解質材料の創製

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11450336
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (50137238)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松田 厚範 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (70295723) ; 忠永 清治 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (90244657) ; 南 努 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (80081313)
• Keywords: メカニカルミリング / 非晶質 / イオン伝導 / オキシスルフィド / ボールミル / 導電率 / 固体電解質 / 全固体電池

Research Abstract

本研究は、メカニカルミリング(MM)による非晶質固体電解質材料の合成手法の確立を目的として行ったものである。本年度得られた主な成果は以下の通りである。
(1)様々なリチウム化合物とSiS_2を出発原料にMMを行うことにより、非晶質固体電解質材料の合成を試みた。リチウム化合物としてLi_2S、Li_2O、Li_3Nを用いた場合、得られた試料は室温において10^<-4>Scm^<-1>以上の高い導電率を有することが分かった。また、リチウムイオン輸率が1で、10V以上の極めて広い電位窓を有することが明らかになった。
(2)MMにより得られた非晶質材料に対し、固体高分解能NMR測定を行い、局所構造、ならびにリチウムイオンダイナミックスについて調べた。その結果、稜共有を全く持たないSiS_4ユニットにより骨格構造が形成されており、リチウムイオンの運動性は対応する融液急冷ガラスとほとんど差のないことが明らかになった。
(3)MMにより、Li_2S-P_2S_5系非晶質試料を作製したところ、Li_2S-SiS_2系と同等の高いリチウムイオン伝導性が得られたが、これをさらに結晶化温度以上に加熱することにより、10^<-3>Scm^<-1>オーダーに迫る高いイオン伝導性を有するガラスセラミックスの得られることを見い出した。ここでは、高イオン伝導結晶相Li_7PS_6の析出とガラス微粒子の融着による緻密化が同時に起こっており、全固体二次電池に最適なガラスセラミックス電解質が初めて得られた。
(4)MM時間を変化させて作製した95(0.6Li_2S・0.4SiS_2)・5Li_4SiO_4試料を固体電解質として用い、InおよびLiCoO_2をそれぞれ負極、正極とする全固体リチウム二次電池を構成し、充放電挙動について検討したところ、10時間のMMにより、80mAhg^<-1>以上の放電容量を示す全固体リチウム二次電池の得られることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] H.Morimoto: "Mechanochemical Synthesis of the High Lithium Ion Conductive Amorphous Materials in the Systems Li_2S-SiS_2 and Li_2S-SiS_2-Li_4SiO_4"J.Ceram.Soc.Jpn.. 108・[2]. 128-131 (2000)
• [Publications] 林晃敏: "硫化物系リチウムイオン伝導ガラスの作製とキャラクタリゼーション(総説)"金属. 70・[7]. 550-558 (2000)
• [Publications] M.Tatsumisago: "Preparation and Structure of Amorphous Solid Electrolytes Based on Lithium Sulfide"J.Non-Cryst.Solids. 274・[1-3]. 30-38 (2000)
• [Publications] A.Hayashi: "Crystallization Process of Lithium Oxysulfide Glasses"J.Non-Cryst.Solids. 276・[1-3]. 27-34 (2000)
• [Publications] A.Hayashi: "Development of Lithium Ion Conducting Oxysulfide Glasses"Proc.7th Asian Conf.on Solid State Ionics. 177-186 (2000)
• [Publications] H.Yamashita: "Formation Process of 60Li_2S・40SiS_2 Amorphous Materials with High Lithium Ion Conductivity Prepared by Mechanical Milling"J.Ceram.Soc.Jpn.. 108・[11]. 973-978 (2000)
• [Publications] M.Tatsumisago: "Preparation of Amorphous Solid Electrolytes in the System Li_2S-SiS_2-Li_4SiO_4 by Mechanical Milling"Solid State Ionics. 136-137. 483-488 (2000)
• [Publications] T.Minami: "Preparation and Characterization of Lithium Ion-Conducting Oxysulfide Glasses"Solid State Ionics. 136-137. 1015-1023 (2000)