2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of composite electrode for oxide-based solid-state battery using imapact consolidation phenomenon(Fostering Joint International Research)
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16KK0127
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
稲田 亮史 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30345954)
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| Project Period (FY) |
2017 – 2019
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| Keywords | 衝撃固化現象 / 全固体電池 / コンポジット電極 / 酸化物固体電解質 / 電極活物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，セラミックス粒子の衝撃固化現象を利用して，次世代型リチウムイオン電池用電極活物質とリチウムイオン伝導性酸化物固体電解質から成るコンポジット電極を，金属基板や酸化物固体電解質シート上に作製する。ミシガン大学，カルガリー大学の研究パートナーと共に，作製した電極の電気伝導特性および本電極を含む全固体電池の電気化学特性を精査し，酸化物全固体電池の性能向上に資する指針を得ることを目的としている。得られた主な研究成果は下記の通りである。
(1) 高容量電極材料の膜電極化及び特性評価
次世代型高容量負極材料の一つであるリン化錫Sn4P3を膜電極化し，その電気伝導特性及び電気化学特性を精査した。得られたSn4P3膜は，既報のバルク値に近い電子伝導率を示した。別途作製した酸化物固体電解質上に形成したSn4P3膜電極では，有機電解液中で生じる電解質の還元分解に由来する不可逆容量は見られなかったが，集電層に使用した金薄膜とリチウムとの合金・脱合金化反応に伴う不可逆容量が生じた。リチウム吸蔵時の下限電位を0Vとした場合，初回及び10サイクル後のリチウム脱離容量は900mAh/g及び750mAh/gであった。電位制限により金薄膜の副反応を低減した結果，数10サイクルに渡って350～400mAh/g程度の容量を保持することが確認できた。
(2) 酸化物固体電解質－金属リチウム間での低抵抗界面形成
酸化物固体電解質上に形成した膜電極の充放電特性の評価のために，膜電極の対向面に対極となる金属リチウムを接合する必要があり，この接合界面の電荷移動抵抗（界面抵抗）の低減に注力した。①不活性雰囲気下での研磨処理による固体電解質表層の異相除去，②リチウム圧接後の熱処理条件の適正化，③リチウムとの結着性向上に適した中間層（Au等）導入を適切に組み合わせることで，室温下で10～20Ωcm2の低界面抵抗を得た。
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[Int'l Joint Research] カルガリー大学(カナダ)2019
Year and Date
2019-05-23 – 2019-10-29
Country Name
CANADA
Counterpart Institution
カルガリー大学
Co-investigator Overseas
Venkataraman Thangadurai
Department
理学部化学科
Job Title
教授
Change Date
2019年04月18日
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[Int'l Joint Research] ミシガン大学(米国)2019
Year and Date
2019-03-27 – 2019-04-21
Country Name
U.S.A.
Counterpart Institution
ミシガン大学
Co-investigator Overseas
Jeff Sakamoto
Department
機械工学科
Job Title
准教授
Change Date
2019年04月18日
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