2023 Fiscal Year Annual Research Report
イオン伝導経路を電気化学的に形成する全固体電池用電極材料の探索
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21K05243
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
猪石 篤 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (10713448)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | その場形成固体電解質 / 全固体電池 / 水素化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究開始当初、MgH2、Mg(BH4)2、ハロゲン化マグネシウムといったマグネシウム化合物を負極活物質とした全固体リチウムイオン電池において、電極合材中に固体電解質を含有させなくても充放電が可能な「固体電解質その場形成電極」となることを見出している。これらの活物質では、リチウムイオンを挿入することによって生成するLiHやLiBH4、LiCl等の存在によりイオン伝導経路が電気化学的に形成される。また、それが充放電で可逆的に生成、消失する。本研究では種々の電極活物質に関して電解質のその場形成による充放電を比較検討することで、利用率やレート特性を向上させる要因を解明することを目的とする。
2023年度は新たに電子伝導性の高いTiH2を活物質として用いた場合、コンバージョン反応でありながら導電助剤と固体電解質を一切含まない電極で利用できることが明らかとなった。また、TiH2とMgH2を混合した活物質を用いることで、導電助剤の少ない条件で、MgH2よりも高用量が得られることが明らかとなった。導電助剤の少ない場合、活物質の利用率には電子導電率が大きく影響することが分かった。一方で、Ca(BH4)2負極も新たに検討し、電気化学的にイオン導電率の高いLiBH4を生成することを明らかにした。この場合、電極膜厚が0.4 mm程度まで厚くとも利用率を損なうことなく電極全固体を利用できることを見出した。このことから、電極の厚み方向に対しては自己生成する固体電解質のイオン導電率が大きくすることを明らかにした。
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