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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of a novel synthesis process for next-generation Lithium-ion battery

Research Project

Project/Area Number 18H01769
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

綿野 哲  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40240535)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 仲村 英也  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00584426)
大崎 修司  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40802426)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords全固体リチウムイオン2次電池 / 液相合成
Outline of Annual Research Achievements

低炭素社会の実現に向けて、全固体リチウムイオン二次電池の放電容量を向上させる革新的な全固体リチウムイオン電池の創成プロセスの確立が求められる。本研究では、ナノサイズ固体電解質の液相合成、および活物質と固体電解質の液相複合化に焦点を当て、各工程におけるカギとなる物理化学現象を解明すると共に、複合粒子材料の新規合成プロセスを構築する。2020年度の研究実績は以下の通りである。

1. 前年度までに、溶解析出法により調製した微細Li2Sを用いることで、液相加振法によって固体電解質(LPS)のナノ粒子合成が可能であることを見出しているものの、そのナノLPS粒子を用いた電池性能評価は不十分であった。そこで、ナノLPS粒子を用いて作成したハーフセルの電池性能評価を行ったところ、従来法で得られたLPSを用いた場合と、電池性能は同程度であることを見出した。LPSのナノサイズ化によって界面抵抗が増大することが予見されていたものの、その影響は小さく、これらは高容量を達成する複合粒子の作成や高密度充填の電極作成に繋がることを示唆する重要な結果といえる。

2. LPS粒子のサイズ制御法を確立したものの、電極の高密度充填のためにはどの程度の粒子サイズが必要であるかは不明である。特に、LPS粒子のようなサブミクロンサイズでは付着力が支配的となり、従来の充填理論が適用できない。そこで、離散要素法(Discrete Element Method)を駆使することで付着性粒子の充填圧縮プロセスの数値解析を行った。付着力の増加に伴って、充填時の空隙率は大きくなるものの、圧縮することで付着力による疎充填は改善されることを見出した。また、粒径比1:4の混合粉体の空隙率が最も小さくなり、LPS粒子のサイズ決定の指針を得た。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2020

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Numerical study on compression processes of cohesive bimodal particles and their packing structure2020

    • Author(s)
      Takeru Yano, Shuji Ohsaki, Hideya Nakamura, Satoru Watano
    • Journal Title

      Advanced Powder Technology

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1016/j.apt.2021.02.040

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Size control of sulfide-based solid electrolyte particles through liquid-phase synthesis2020

    • Author(s)
      Shuji Ohsaki, Takeru Yano, Akihiro Hatada, Hideya Nakamura, Satoru Watano
    • Journal Title

      Powder Technology

      Volume: in press Pages: in press

    • DOI

      10.1016/j.powtec.2021.04.050

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Enhancement of Battery Performance of All-Solid-State Lithium-Ion Battery with Structural Control of Dry Coated Particles2020

    • Author(s)
      Hideya Nakamura, Risa Sakurai, Shuji Ohsaki, Satoru Watano
    • Organizer
      AIChE Annual Meeting 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Simulation of Packing Structure and Compression Process of Cohesive Bimodal Particles AIChE Annual Meeting 20202020

    • Author(s)
      Takeru Yano, Shuji Ohsaki, Hideya Nakamura, Satoru Watano
    • Organizer
      AIChE Annual Meeting 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液相加振法を用いた固体電解質のナノ粒子合成2020

    • Author(s)
      畠田陽広,矢野武尊,大崎修司,仲村英也,綿野哲
    • Organizer
      粉体工学会2020年度春期研究発表会
  • [Presentation] 全固体電池の実用化に向けた付着性異径粒子の充填・圧縮過程に関する数値解析2020

    • Author(s)
      矢野 武尊, 大崎 修司, 仲村 英也, 綿野 哲
    • Organizer
      化学工学会第51回秋季大会
  • [Presentation] 乾式コーティングによる電極活物質の表面改質2020

    • Author(s)
      安東 圭太,仲村 英也,大崎 修司,綿野 哲
    • Organizer
      粉体工学会2020年度秋期研究発表会
  • [Presentation] 全固体リチウムイオン電池用固体電解質の粒子サイズ制御2020

    • Author(s)
      大崎修司
    • Organizer
      国際粉体工業展 東京2020 アカデミックコーナー
  • [Presentation] 全固体電池の実用化に向けた付着性異径粒子の塑性圧縮過程に関する数値解析2020

    • Author(s)
      矢野 武尊,大崎 修司,仲村 英也,綿野 哲
    • Organizer
      化学工学会第86年会
  • [Book] Next Generation Batteries: Dry Coating of Electrode Particle with Solid Electrolyte for Composite Electrode of All-Solid-State Battery2020

    • Author(s)
      Hideya Nakamura, Satoru Watano
    • Total Pages
      621
    • Publisher
      Springer
    • ISBN
      978-981-33-6668-8

URL: 

Published: 2021-12-27  

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