2020 Fiscal Year Annual Research Report
全固体電池の実用化にむけた耐湿性硫化物系電解質の開発
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20J23724
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
木村 拓哉 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | リチウムイオン伝導体 / 硫化物 / 窒化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，ガリウムを用いた硫化物系および窒化物系固体電解質の作製に取り組んだ．
ガリウムを用いた硫化物系電解質Li5GaS4のイオン伝導度は100℃において5.1×10－8 S cm－1と低いことが報告されており，またその結晶構造については報告されていない．Li5GaS4のイオン伝導性増大にむけて，メカノケミカル法により作製した準安定結晶相および熱処理により得た安定結晶相のイオン伝導度の評価と結晶構造解析を行った．準安定相はリチウムとガリウムがディスオーダーしたカチオン無秩序配列立方晶逆蛍石型構造を，安定相はリチウムとガリウムがオーダーリングした単斜晶系の結晶構造を有していることがわかった．また，安定相についてはRietveld解析により結晶構造のパラメータを精密化し，結晶構造を決定した．25℃におけるイオン伝導度は安定相では2.1×10－8 S cm－1，準安定相では2.2×10－5 S cm－1と，準安定相でより高い値を示し，カチオンが無秩序配列した相がイオン伝導に有利であることを明らかにした．
また材料探索として，Li3NとGaNを用いた新規な窒化物系イオン伝導体をメカノケミカル法により合成した．作製した電解質は過去に報告されているLi3GaN2とは異なり，リチウムとガリウムのカチオンディスオーダーが起こり，単純かつ準安定な逆蛍石型構造を有することがわかった．また，ガリウムよりもイオン半径の大きなリチウム量の増加にともなって，格子定数が増大していることが明らかになった．室温イオン伝導度はLi3N量とともに増加し，3Li3N・GaNの組成で3.7×10－6 S cm－1の値を示すことがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ガリウムを用いた硫化物系電解質Li5GaS4の作製に取り組み，過去に報告されていない新規な準安定結晶が存在することを見出した．また，熱処理により得た安定相に関しても，Rietveld解析により構造パラメータを精密化し，結晶構造を決定した．室温におけるイオン伝導度は準安定相でより高く，10－5 S cm－1オーダーであった．これは過去に報告されているLi-Ga-S系電解質の中では最も高い値であり，イオン伝導体の組成探索において大きな成果であるといえる．
窒化物系リチウムイオン伝導体の作製についても取り組み，Li3N-GaN系において新規かつ準安定な逆蛍石型構造を有する結晶が析出することがわかった．室温におけるイオン伝導度は3Li3N・GaNの組成において10－6 S cm－1オーダーの値を示し，Li3N-GaN系において比較的高いイオン伝導性が発現することを明らかにした．
新規な固体電解質を見出していることから，研究は順調に進捗していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
新規なリチウムイオン伝導性窒化物電解質や元素選択戦略に基づいた耐湿性硫化物系電解質の作製および結晶構造解析に取り組む．さらに，実用化にむけた固体電解質の作製方法として，大量合成が可能な液相合成法の検討についても取り組む．
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