2019 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of the novel solid electrolytes based on the Li-free solid solvent
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18K14319
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宮崎 怜雄奈 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10756191)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ゲストLi+伝導体 / 固体電解質 / 全固体Li電池 / Liフリー化合物 / NaI |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全固体Li電池の開発に向け、Liフリー化合物(固体溶媒)中に固溶したLi+であるゲストLi+に着目し、新規ゲストLi+伝導体を開発した。これまで、LiBH4を6 mol%ドープしたNaIで、1μS/cmのイオン伝導度が発現することが知られていたが、伝導イオンは不明であった。NaI-LiBH4中の伝導イオンを解明するため、15NaI・LiBH4を固体電解質とし、Li/a-Siセルを構築した。a-Siを充電後、Si内の充電イオン種を二次イオン質量分析法により調べた。その結果Li+が多く検出され、Li+が優先的に充電されていたことが分かった。Si中へのLi+充電には、電解質中でのLi+の連続的な輸送が必須である。従ってこの結果より、NaIがゲストLi+伝導体であることが実証された。またNaI結晶中のLi+、BH4-組成を制御し、10μS/cmまでゲストLi+伝導度を向上した。更にNaI-NaBH4-LiI系を用いて全固体電池を構築し、60℃において10μA/cm2で動作することを実証した。
ゲストLi+伝導体は、Li+固溶する全てのLiフリー化合物が開発対象となる。従って、NaIやKI以外のLiフリー化合物も、ゲストLi+伝導体となり得ると考えられる。本研究では、NaBrもLiBH4を固溶しゲストLi+伝導体となることを実証し、ゲストLi+伝導体が新しい固体電解質の開発コンセプトであることを裏付ける実施例を増やすことができた。
また新たな合成手法として、低温下でのメカニカルミリング(クライオミリング)法を確立した。本研究ではLiI-LiBH4固溶体を-60℃でクライオミリングすることで、ウルツ鉱型LiIの安定化に成功した。LiIは通常は岩塩型構造であり、LiIの準安定相が合成されたと捉えられる。従って、クライオミリング法は新規相の合成手法として有効であることが示唆された。
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