2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Laminated Solid Electrolyte for Long-life All-solid-state Batteries with Lithium Metal Anode
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19H02128
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
稲田 亮史 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30345954)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化物固体電解質 / 金属リチウム負極 / 全固体電池 / 積層構造 / 界面抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高い安全性を有する全固体電池の高エネルギー密度化に向けて，金属リチウム（Li）負極の利用が検討されている。本研究では，高密度な固体電解質（SE）焼結体上に数～数10μm程度の低密度なSE層を積層し，低密度層とLi間にて固体間界面を形成することによって，実効的な接合面積の増加による界面抵抗低減と，1mA/cm2以上の電流密度下でのLiの溶解・析出反応に対する界面の安定化の達成を目標としている。最終年度となる2021年度の主な研究成果は下記の通りである。
(1) 高密度SE焼結体のLiデンドライト耐性の向上
前年度の検討結果を踏まえて，微量のGa2O3を焼結助剤として添加した高密度SE焼結体を作製した。当グループで従来採用してきたプロセスよりも焼結温度を低減した場合にて，無添加試料では高密度化しなかったのに対し、Ga2O3添加試料では十分に高密度化することが判明した。また，焼結温度低減に伴い，粒成長が抑制されると共に試料内の組織の均質性も改善する結果を得た。金属Li箔を両端面に圧接した対称セルを用いて室温下で通電試験を行った結果，0.85～0.9 mA/cm2の高い限界電流密度が再現性良く得られ，より高温で焼結した無添加試料と比較して2倍程度高い値を示した。
(2) 低密度SE層を介した金属Li析出特性の評価
高密度SE焼結体の片端面にのみ低密度SE層を形成し，両端面に金属Li箔を圧接して対称セルを構成し，低密度層側に向かって室温下・0.05mA/cm2の条件で直流通電し，金属Liを析出させた。破断面観察の結果，金属Liの析出サイトとしての低密度層内の空孔の利用率は不十分であったが，通電試験時のセル抵抗の上昇は低密度層の導入によって低減する結果を得た。空孔の利用率改善方策について継続して検討する必要はあるが，析出側のLi/SE間の界面抵抗が減少したことを示唆する結果と推察している。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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