2022 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、巨大なメチルアンモニウムイオンの導入や、Li2OHClへのLiBH4の固溶を確認した。最終年度にあたり、ソフトな水素化物系電解質を活用した全固体電池のための固体電解質の開発と、化学的両立性を示すフッ化物系正極材料の可能性を検討した。
固体電解質として、Al置換ガーネット型酸化物(Li6.25Al0.25Zr2La3O12;Al-LLZ)にLiBH4をフィラーとして添加した複合体を作製した。この材料では、LiBH4が硬い酸化物の空隙を埋めることで焼結が不要となり、同時に、リチウム金属との化学的両立性も期待できる。予め固相反応法により作製されたAl-LLZに、LiBH4を種々の体積分率で手混合した。なお、ボールミルによる機械的混合では酸化物相の微粉化が進行し、密度・イオン伝導度の低下が起こった。LiBH4が30%の体積分率の場合に室温での優れた成形性と高い密度が得られ、室温でのリチウムイオン伝導度はLiBH4単体よりも680倍向上した。また、金属リチウムとも優れた化学的両立性を示し、0.5 mA/cm2という電流密度まで短絡が起こらないことが確認された。これは、高温焼結により高密度化されたAl-LLZに匹敵する短絡耐性であり、室温成型可能で焼結不要の固体電解質として優れた特性と言える。
また、還元性固体電解質と両立する正極材料としてFeF3を検討した。FeF3:LiBH4:炭素がモル比で1:1:1として混合された試料を正極、LiBH4を固体電解質、金属リチウムを対極としたセルのサイクリックボルタモグラムにより、120 ℃でリチウムの脱挿入反応を確認した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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