Synthesis of high working voltage cathodes and control of interface structure between electrode and solid electrolyte for all solid state batteries.

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K13300
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 谷口 泉 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (00217126)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 高電位正極材料 / リチウム二次電池 / 全固体二次電池 / 噴霧熱分解法 / ナノ構造材料 / ナノポーラス材料 / ナノ接合界面 / 燐酸コバルトリチウム

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、噴霧熱分解法を基盤とした合成法によってLiCoPO4/Carbonナノ複合体を合成し、電解液系のコインセルで評価することで、LiCoPO4の電子およびリチウムイオン導電性の低さという問題の改善を試みた。さらに、LiCoPO4/Carbonナノ複合体の電気化学特性を、従来の電解液ではなく固体電解質を用いた全固体セルによっても評価することによって、高電位域での電解液の分解という問題について検討した。
まず、噴霧熱分解法とそれに続く焼成を、合成温度を変えて行い、目的物質であるLiCoPO4粒子の最適な合成条件を検討し、得られたLiCoPO4の電気化学特性の評価を行い、最適な合成条件で得られた試料が、73 mAh g-1の初期放電容量を示すことを明らかにした。そこで噴霧熱分解法で得た前駆体試料をアセチレンブラックとともに湿式ボールミル処理を行い、次いで焼成を行うことでLiCoPO4/Carbonナノ複合体を合成した。この際、ボールミルの回転速度と処理時間を変化させて、物性・電気化学特性の評価を行うことで、最適な合成条件を明らかにした。
最適条件により得られたLiCoPO4/Carbonナノ複合体の初期放電容量は130 mAh g-1を示し、カーボンとの複合化処理していない試料と比較して、レート特性も大幅に向上することを明らかにした。また、カットオフ電位の下限を高く設定することで、サイクル特性およびクーロン効率が改善することも明らかにした。さらに、LiCoPO4/Carbonナノ複合体の電気化学特性を市販の固体電解質Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12を用いた全固体セルを組むことで評価した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究計画が上手く練られているため。

Strategy for Future Research Activity

昨年度作製した全固体用セルを改良し、負極側には有機系電解液を用い、正極を直接固体電解質（Li1+x+yAlx(Ti,Ge)2-xSiyP3-yO12）に塗布して、最終的に半固体電池を作製する。なお、この際の正極は前年度までに合成法を確立したLiCoPO4/Carbonを用いる。このセルの電気化学特性を評価することで、高電位正極表面における電気化学反応を評価する。さらに、他の高電位正極材料、例えばLiNiPO4, Li2FeP2O7についても同様なセルを作成し、セル性能を評価することで、これらの材料の電気化学反応のメカニズムを解明する。