イオン液体含有疑似固体電解質を利用した全固体型多価イオン金属二次電池の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25630437
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宇根本 篤 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 講師 (10551525)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: イオン液体 / 疑似固体電解質 / 無機固体電解質 / 錯体水素化物 / 多価イオン電池 / 硫黄正極 / 金属負極 / 高エネルギー密度

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，次世代型蓄電池のひとつとして期待されている全固体高イオン－金属二次電池への応用を目指し，従来の液系よりも安定かつ安全であり，取り扱いの簡便な固体電解質の開発を目的とした．固体電解質には，昨年度までに検討した(1)イオン液体とフュームドシリカナノ粒子を複合化した疑似固体電解質に加えて，本年度は，新しいタイプの無機固体電解質である(2)錯体水素化物の全固体電池への適用可能性を検討した．電池デバイスの高エネルギー密度化を目指した，硫黄正極と導電助剤である炭素材料との複合化手法の最適化については，昨年度末までに既に完了している．本年度は，この硫黄と炭素の複合正極と錯体水素化物固体電解質を使用したリチウム硫黄電池を開発し，その電池特性を評価することで，この固体電解質の電池への適用可能性について検討した．錯体水素化物固体電解質は還元剤にも使用されるように還元力が強いため，最も碑な電位を有する金属リチウム負極に対して安定な界面を形成する．実際に，本研究で作成した全固体リチウム硫黄電池は，硫黄正極あたりエネルギー密度1410 Wh kg-1で少なくとも45回繰り返し電池動作することを確認した．この結果から，錯体水素化物固体電解質は金属リチウム負極を備える全固体電池を開発するのに適した材料群であることがわかった．これまでの研究開発では，幅広い温度で高速マグネシウムイオン伝導を実現する無機固体電解質材料は見出されていない．今後は，錯体水素化物固体電解質をベースにマグネシウムイオン伝導体を探索してデバイス化を目指す．