2008 Fiscal Year Annual Research Report
ガラスの結晶化による超イオン伝導性準安定相の創製と全固体電池への応用
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18360319
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
辰巳砂 昌弘 Osaka Prefecture University, 工学研究科, 教授 (50137238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
忠永 清治 大阪府立大学, 工学研究科, 准教授 (90244657)
林 晃敏 大阪府立大学, 工学研究科, 助教 (10364027)
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| Keywords | 固体電解質 / 全固体電池 / リチウムイオン / ガラス / イオン伝導体 / 硫化物 / ハイブリッド / メカノケミカル法 |
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| Research Abstract |
70Li_2S・30P_2S_5組成(mol%, Li_7P_3S_<11>に相当)に対して、P_2S_5の一部をP_2S_3に置換することによって、導電率が向上することを明らかにした。ボールミル処理条件について最適化を行った結果、明瞭なガラス転移現象を示すガラス粉末を作製することが可能となった。1mol%のP_2S_5をP_2S_3に置換したガラスを結晶化することによって、室温において5.4×10^<-3>S cm^<-1>の極めて高い導電率を示すガラスセラミックスの得られることがわかった。
これまでほとんど検討されていない硫化物電解質の大気安定性について知見を得るために、様々な組成のLi_2S-P_2S_5、系ガラスおよびガラスセラミックスの、大気中における構造変化を調べた。70Li_2S・30P_2S_5(mol%)ガラスは大気にさらすことによって、ガラス中のPS_4^<3->イオンおよびP_2S_7^<4->イオンがP_2S_6^<4->イオンへと変化し、構造が保持されていないことがわかった。一方、75Li_2S・25P_2S_5(mol%)ガラスおよびガラスセラミックスを大気中にさらしたところ、PS_4^<3->イオンが保持されていることがわかった。この組成の固体電解質は大気中においても大きな構造変化を示さないことから、比較的安定な硫化物固体電解質として期待できる。
様々な電極活物質とLi_2S-P_2S_5系ガラスセラミック電解質を組み合わせて、全固体電池を構築した。中でもLi_4Ti_5O_<12>を電極活物質に用いた電池は、最大10mA cm^<-2>の大きな電流密度においても二次電池として作動することがわかった。TEM-EDX分析を用いて電極/電解質界面構造を調べたところ、両者の接触界面において元素の相互拡散は確認されず、界面インピーダンスも比較的小さいことが明らかになった。良好な電極/電解質界面の形成が、電池の出力特性の向上に寄与していると考えられる。
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