2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fast ionic conductors for next generation batteries by using soft and giant closo-ions
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18H03832
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高村 仁 東北大学, 工学研究科, 教授 (30250715)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
及川 格 東北大学, 工学研究科, 助教 (40733134)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | イオン伝導体 / リチウムイオン伝導 / 全固体電池 / セラミックス材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究により、Li2B12H12への巨大カチオン（メチルアンモニウムイオン）の導入が可能であることを実証した。しかし、リチウムイオンの移動度や伝導度は200℃以上で高い値を示す可能性はあるものの室温近傍では無置換試料より低減する結果となった。そこで新たな探索系として、Li2OHClへのBH4-イオン導入を試みた。Li2OHClはLiOHとLiClを原料とする固相反応、またはLiOH・H2OとLiClを原料とする高圧合成法により得た。そのLi2OHClをLiBH4と混合し、トポケミカル反応によりBH4-のCl-サイト置換を試みた。反応条件の最適化により、20 mol%程度まで格子定数が直線的に変化し、BH4-の置換が示唆された。ラマン分光からBH4-特有の振動モードが確認されたが高波数側にシフトしており、原料のLiBH4と比べて圧縮された環境下にあることがわかった。また、DSCにより融点が80℃程度減少し、格子のソフト化に寄与していることも示唆された。伝導度は無置換試料と同程度であったが、活性化エネルギーの低減が認められた。
また、これまでに得られた置換体の全固体電池への応用を目指し、BH系アニオンを含む還元性材料と化学的両立性を有する酸化物電極材料の探索も継続して行った。Co系材料の適用は困難なため伝導性に富むFe系材料を薄膜プロセスを用いて合成した。また、酸化物正極材料の焼結を容易にする助剤についても検討を行い、Li-Si-Al系材料が難焼結材料でも1000℃以下で緻密化できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
巨大イオンの導入については、Li-O-H系においてもBH4-が導入可能であることを初めて見出すなど、新たな知見を得ている。また、全固体電池を作製するために、還元性の高い材料と化学的両立性のある電極材料や作製プロセスを検討するなど、概ね計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は最終年度となるため、これまでに得られた巨大イオンを含む固体電解質を用いた全固体電池を試作し、その特性を明らかとする。また、巨大イオンの導入に関して、その適用可否の材料系・組成領域を定義し、リチウムイオン伝導に及ぼす影響を総括する。
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