2017 Fiscal Year Annual Research Report
Freestanding All-Solid-State Rechargeable Lithium Batteries with in-situ Formed Electrode and Lithium Metal
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16K14100
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
入山 恭寿 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30335195)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 全固体電池 / その場形成 / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では高Li+伝導性結晶化ガラス電解質の緻密シート（以下LATPシート：150μm厚み）へ異なる温度でLi+を電気化学的に挿入し、100℃においてLATPシート全域を電極活物質シートに変換した全固体リチウムイオン電池の開発を目標とした。従来、この手法で作製する電極活物質は負極材料として用いられており、LATPシートから電極活物質への初回の電気化学的変換過程（充電過程）で不可逆容量が必然的に発生した。これに対し、本研究ではこの電極活物質を正極材料として用い、負極にはLi金属を用いた。これにより、初回の電気化学的変換過程が放電過程となり、初回に変換する過程で生じる不可逆容量を放電容量として活用できる電池系を構築することが可能となった。また、従来はLiCoO2正極を用いることでLATPシートとの界面抵抗も高く、電池作動電圧は1.6Vであった。これに対し、本研究では界面抵抗の小さな組み合わせを用いることで更に高速な電気化学応答が可能となり、作動電圧も2.3Vに向上した。100℃において得られた全固体電池（Li/LiPON/LATPシート/Au（集電体））の体積エネルギー密度は54Wh/Lの値を示した。一方、得られた全固体電池の作動温度を25℃に下げると電極活物質シートは集電体近傍のみが電極反応に関与し、放電容量が低下した。これは電気化学プロセスを用いてLATPシートから作製した電極活物質の電子伝導性が本質的に低いためと考えられる。この課題を克服するために、電子伝導性を担保する物質を予めLATPシートに混入した複合材料を作製して同様な検討を行った結果、25℃において上記100℃で得られた容量と同程度の放電容量を達成できることを明らかにした。
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