2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development and thin film formation of highly Li-ion conductive glass fiber/solid electrolyte composites
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21K18824
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
松田 厚範 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295723)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 全固体電池 / 固体電解質 / リチウムイオン / ガラスファイバ / 極薄シート / Li7P2S8I / Li7P3S11 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液相加振(Liquid-phase Shaking: LS)法は、有機溶媒中で出発原料をジルコニアボールと振とう処理することで硫化物系固体電解質を調製する方法である。Li7P2S8I（LPSI）電解質にSiO2ファイバを添加した膜厚40～50μmのシートを作製し、熱処理温度の最適化を行った。その結果、150℃で熱処理したシートにおいて最も高い室温導電率が得られ、0.23 mS/cmとなった。次に、LPSIよりも導電率の高いLi7P3S11/ SiO2ファイバ電解質シートの作製に取組んだ。その結果、室温で0.8mS/cmの非常に高い導電率が達成された。さらに、高い導電率が報告されているLGPS相(Thio lisicon Ⅱ) のLi10.25P3S12.25I0.75のシート化にも取り組み、室温で0.2mS/cmのシートを得ることができた。
正極活物質にNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC111）、セパレーターに熱処理温度150 oCで作製したLPSI/SiO2ファイバ電解質シートを用いて、全固体電池を構築し、充放電試験を電流密度(0.05 C、作動温度30℃)により評価した。プレス圧を増大することで初期充電容量は150 mAh /gから200mAh/g、初期放電容量は100 mAh/gから110 mAh/gに増大した。粉末電解質を用いた場合と比較して、電解質層を薄くすることが可能になり、全固体電池の重量エネルギー密度で約2倍、体積エネルギー密度で約2.5倍に向上することができた。また、SiO2ファイバ添加によって、デンドライト成長を抑制し、Li金属安定性が増すと共に充放電サイクル特性が向上する知見を得た。これらの研究成果を、関連学会で発表し関心を集めた。
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