2018 Fiscal Year Research-status Report
Development of Metal Sulfides for Sodium Secondary Battery with Novel Charge/Discharge Mechanism Involving Amorphous/Crystalline Phase Transition
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17K14547
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
作田 敦 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30635321)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナトリウムイオン電池 / 全固体電池 / 電極活物質 / メカノケミカル法 / 硫化物 / 岩塩 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全固体ナトリウム電池は、高い安全性・信頼性を有する次世代二次電池として注目されている。本研究課題では、これまでにNa2TiS3組成の試料に対して溶融急冷法、メカノケミカル法を適用することで、既報のO3型層状構造とは異なる相としてそれぞれP型層状構造の結晶相と、非晶質相が得られることを報告した。
今年度は、メカノケミカル法の作製条件をさらに検討した結果、これまでの3相とは異なる新規な相として立方晶岩塩型の準安定相を含有するNa2TiS3を見出した。相対的に低いエネルギーでは非晶質相、高いエネルギーでは岩塩相が得られる。非晶質相を熱処理することでも岩塩層が得られることが分かった。
立方晶岩塩型Na2TiS3を正極活物質とした全固体電池は、室温で可逆的に作動し、その可逆容量280 mAh g-1(-Na2TiS3)と理論容量にほぼ一致した。充放電の可逆性も高いことが分かった。電解液を用いたセルの作動特性を調べた結果、非晶質Na2TiS3やP型層状構造を有する結晶相を有するNa2TiS3ではサイクル劣化が確認され、全固体電池と電解液を用いた電池で充放電特性が大きく異なることが分かった。その他、硫黄K端のXAFS解析などを進めた。
Na2TiS3の他にも、Na4TiS4、Na3NbS4組成の試料で合成条件の検討を行った。一例としてNa3NbS4組成では、既報のNa3NbS4結晶、新結晶相、非晶質相の３種類をそれぞれ合成した。いずれのNa3NbS4も200 mAh g-1以上の大きな容量を示したが、中でも新規に開発した非晶質Na3NbS4及び新結晶相のNa3NbS4は高い充放電サイクル性を有することが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
今年度も大容量を有する新規結晶相を見出し、Na2TiS3組成だけで3種の新規相を見出した。この知見は他の組成に展開する際にも有用であるので引き続き、多くの大容量を有する新規電極活物質の開発が見込める。
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| Strategy for Future Research Activity |
遷移金属としてFeに着目し、安価かつ高容量なナトリウムイオン電池用高容量電極活物質の開発を進める。並行して、これまでに見出してきた結晶相の結晶構造解析や組成分析、各種充放電特性の評価を進める。
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