2022 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamics of Composite Electrodes in All-Solid-State Ionics Devices
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18H05255
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
辰巳砂 昌弘 大阪公立大学, 学長 (50137238)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 晃敏 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (10364027)
作田 敦 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (30635321)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 電極複合体 / 機械的性質 / 固体電解質 / 負極活物質 / 過冷却液体 / ガラス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、S系正極活物質、Li系、Sn系、Si系負極活物質は、充放電時に大きな膨張収縮を生じる電極活物質である。これらの負極活物質を用いて全固体リチウム二次電池の負極複合体を作製し、充放電時の平均的な化学状態及び結晶構造の変化、粒子内部での反応分布、電極活物質と電解質の密着性の観察、およびその電極特性と電極組成比の関係を調査した、Siにおいては、応力集中の抑制が微細化と容量保持率に最重要であることが分かった。Snにおいては電池作動時の拘束圧の大小で活物質の形態変化が大きく異なることを見出した。
大膨張収縮を伴う電極活物質を用いて全固体フルセルを構築し、低拘束圧下での作動特性の評価およびミクロ及びマクロな構造変化の評価を行った。従来、厚さ方向の拘束圧の低減に注目した研究例が多いが、水平方向がダイナミックに形状変化を生じ、全固体セル構造の劣化を生じる劣化機構を明らかにした。電極構造の劣化と同時に電解質や集電体の構造劣化も見出した。本質的解決解決には、高成形性かつ高靭性な固体電解質の開発が必要になる。
そこで、電極複合体の弾性領域および塑性領域のダイナミクスの基盤構築に係り、イオン伝導性イオンガラスの過冷却液体状態の安定性向上に関する研究を進めた。Na3BS3を始めとするアルカリ金属を高含有するイオンガラスに対してSiO2やAl2O3を少量添加することによって、過冷却液体状態が安定化し、これまで困難であった溶融法によるガラス化が可能であることを見出した。酸化物の添加によって局所構造が多様化し、比較的小さなモル分率の直鎖構造がイオンガラスの孤立イオン中に形成したことが示唆された。また、安価で資源量が豊富なナトリウム、鉄、硫黄のみから構成されるNa2FeS2の機械的特性や充放電機構の評価を行った。
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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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