硫化物系高リチウムイオン伝導材料の液相合成

2011 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 23656403
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50137238)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 忠永 清治 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90244657) ; 林 晃敏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10364027)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2013-03-31
• Keywords: 液相合成 / 固体電解質 / 硫化物 / 薄膜

Research Abstract

この年度は、P2S5とブチルリチウムを出発原料とした硫化物系リチウム塩の液相合成、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスの有機溶媒を用いたウェットミリングによるリチウムイオン伝導性硫化物スラリーの作製、さらに、リチウムイオン伝導性硫化物ガラスの溶媒への溶解・再析出によるリチウムイオン伝導性硫化物の作製について検討した。　P2S5とブチルリチウムを出発原料とした硫化物系リチウム塩の液相合成では、アルゴン中で3時間反応させることにより、リチウムイオン伝導性硫化物塩の前駆体溶液を得ることができた。これを真空乾燥すると淡黄色の固体が得られた。得られた固体は混合物であり、分離・精製には至っていないが、真空乾燥後に固体は、室温で10-7Scm-1オーダーの導電率を示すことがわかった。　有機溶媒を用いたウェットミリングでは、トルエンを溶媒に用いた場合について検討した。ウェットミリングに用いるトルエンの量、ミリング用ボールのサイズなどについて検討を行った。その結果、ボールサイズが4mmφ、トルエンの重量比が硫化物ガラスに対して5倍としてウェットミリングした場合、得られたスラリーからトルエンを除去すると、一次粒径1～3μm、二次粒径約10μmの硫化物ガラスが得られることがわかった。得られたスラリーを基板に塗布し、乾燥することにより、リチウムイオン伝導性硫化物の膜が形成できることも確認した。　さらに、リチウム含量の大きいリチウムイオン伝導性硫化物ガラスに関して、溶解可能な溶媒を探索したところ、Nメチルホルムアミドに溶解することを見出した。この溶液を基板に塗布し、150℃で真空乾燥すると、結晶が析出することがわかった。得られた結晶は、約1×10-5　Scm-1を示し、基板の上に膜として形成可能であることも確認した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

いずれの系についても、溶液系から膜を形成できることを確認しているが、分離・精製、あるいは単相化などには至っていない。このような検討を優先したために、電気化学的評価が十分には行えていないので、「やや遅れている」と判断した。

Strategy for Future Research Activity

リチウムイオン伝導性を有機溶媒に溶解して溶液系とし、塗布後乾燥することによって膜を得る系が、リチウムイオン伝導性硫化物薄膜を得る手法として、非常に有効であるのではないかと考えている。したがって、今後は、この手法を中心に検討を進める。ガラス組成や溶媒の種類、溶解・乾燥方法が、析出してくる結晶相に与える影響について詳しく検討を行い、よりリチウムイオン伝導性の高い膜を得ることを目指す。さらに、電気化学的評価を詳細に行う。　硫化物系リチウム塩の合成については、さらに様々な出発原料について検討を進める。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

23年度は分離精製、単相を得ることに時間を費やしたので、電気化学評価が十分できなかったために、次年度に使用することになった研究費が発生した。24年度は電気化学的評価を積極的に行うために、多くの試料を合成するため、そのための高純度試薬、また、電気化学的評価のための電極材料などで物品費を使用する。　また、23年度は一度も学会発表等を行わなかったために、これも次年度使用する研究費の発生の原因となった。24年度は本研究内容に関して学会等でも発表することを予定しており、国内旅費も使用する予定である。