2021 Fiscal Year Annual Research Report
Control of interface structure and optimization of ionic conductivity for lithium ion batteries with high capacities
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19H02609
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
春田 正和 近畿大学, 産業理工学部, 准教授 (90580605)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | リチウムイオン電池 / 蓄電池 / シリコン負極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脱炭素社会の実現に向けて世界的に環境意識が高まってきており、移動体の電動化や自然エネルギーの導入が急速に進んでいる。その中で、電気自動車用の車載用、電力系統接続の定置用電源として大型リチウムイオン電池のニーズが高まっており、大容量シリコン負極の実用化を目指す。本研究ではシリコン負極上に電解液分解を防ぐような被膜を人工的に形成し、寿命特性を向上させることを目的としている。さらに、シリコン負極を全固体電池に応用することを目指す。
シリコン負極上に人工被膜としてフッ化リチウムを形成した。以前の結果では、人工被膜を形成しても長期的な寿命特性の改善が難しいことや、電解液によっては効果がほとんどないことが問題であった。しかし、シリコン系負極(SiOx)の組成（シリコンと酸素の比率）や人工被膜の膜厚によって、一般的な有機電解液（1MのLiPF6を溶解させたエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒）においても大幅に寿命特性が向上することが分かってきた。
シリコン系負極を全固体電池に応用するため、固体電解質（Li7La3Zr2O12, LLZ）上にSiOx薄膜を形成し、寿命特性を評価した。シリコン系負極は充放電時に大きな体積変化を伴うため、繰り返しの充放電により固体電解質から剥離して急激に容量劣化することが予測されたが、実際には固体電解質上でも安定に充放電動作した。電解液分解による容量劣化がないことから、電解液を用いた場合よりも固体電解質を用いたほうが優れたサイクル寿命特性を示した。SiOxの組成および、LLZ表面状態によって寿命特性、および電極活物質/固体電解質間の界面抵抗が大きく異なることが分かった。
次世代リチウムイオン電池へのシリコン系負極の実用において人工被膜の形成が有効であり、さらにシリコン系負極は全固体電池への応用も有望である。
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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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