2017 Fiscal Year Annual Research Report
Voltage-driven redistribution of lithium ions at solid electrolyte and electrode interfaces
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16K14088
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
一杉 太郎 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (90372416)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 固体電解質 / 全固体電池 / 空間電荷層 / 界面抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【背景】持続的発展可能な社会の実現に向けて、環境負荷が小さいデバイスの開発が急務である。その1つとして電気自動車があり、全固体リチウム電池の開発が世界中で活発化している。しかし、正極と固体電解質の間に形成される高抵抗界面が高速充放電の妨げになっている。界面への緩衝層導入による抵抗低減が報告されているが未だ十分な低抵抗界面は得られていない。そこで、さらなる界面抵抗低減を狙うために「高抵抗界面形成過程」の解明を目指した。特に、正極/固体電解質の界面近傍におけるLi濃度についての研究例はほとんどなく、高抵抗界面の厚みや形成過程は未だ明らかになっていない。
【従来研究の問題点と解決方法】
1.従来研究で用いられてきたバルク型電池では、正極/固体電解質界面の構造や面積を定量的に評価することが困難であった。そこで、薄膜作製技術を活用し、極めて平坦(数nm粗さ)で構造、面積を規定した界面を作製する。
2.Li元素に対して感度が高い中性子反射率測定を行うことにより、電池動作させながら数nmレベルでの界面の変化を観測可能である。
【結果】本研究では、電池動作下中性子反射率測定によりLiCoO2正極/LICGC固体電解質界面におけるLi濃度の深さ分布を解明した。パルスレーザー堆積(PLD)法によりLiCoO2正極を固体電解質LICGC(Ohara社)研磨基板上に蒸着した。さらに、両面にCr、Ni金属をそれぞれスパッタ蒸着し、薄膜電池素子とした。電池素子の界面抵抗を測定すると6000 Ωcm2であり、実際に高抵抗界面が形成されていることを確認した。作製直後の状態では5 nm程度のLi空乏層が固体電解質側で、Liリッチ層が正極側で形成されていることがわかった。また、充放電後の状態についても計測し、高抵抗界面層の厚みとその形成過程を明らかにした。
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