2016 Fiscal Year Annual Research Report
高容量アモルファス硫化物電極活物質の創製と全固体電池への応用
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26248059
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 晃敏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10364027)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電極活物質 / 全固体電池 / アモルファス / 硫化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、安全性と高エネルギー密度を両立した全固体リチウム二次電池の開発を目的として、高容量と長期サイクル寿命を有する新規なアモルファス電極活物質の作製と評価に取り組んできた。様々な遷移金属と硫黄との化合物について検討を行う中で、本年度は特にユビキタス元素であるFeを含む硫化物正極複合体について着目し、この複合体が容量とサイクル性に優れることを見出した。
金属硫化物源としてFeとS（モル比3:1）、リチウムイオン伝導体としてLi3PS4固体電解質(SE)、電子伝導体として気相成長炭素繊維(VGCF)を用い、これらの混合物に対してメカニカルミリング処理を行い、Fe-S-SE-VGCF正極複合体を作製した。作製した複合体はX線回折においてハローパターンを示し、Ramanスペクトルにおいては、FeS2に類似のバンドが観測された。よって、FeS2に類似した局所構造を有するアモルファス遷移金属が得られたと考えられる。得られた複合体を正極に用いた全固体電池(Li-In/Li3PS4/Fe-S-SE-VGCF)は、室温下、電流密度0.13 mA cm-2において、正極複合体重量あたり約400 mAh g-1の可逆容量を示した。また作動温度を100℃にすると、セル抵抗の減少に伴って過電圧が抑制され、可逆容量は560 mAh g-1まで増大した。このセルを室温下で200回充放電を繰り返しても、容量劣化がほとんど認められないことから、優れたサイクル可逆性を示すことがわかった。サイクル測定後においても、電極複合体はアモルファス状態を保持しており、Ramanスペクトルにおいても変化が見られなかった。充放電に伴う構造変化の小さいことが、優れたサイクル特性に寄与していると考えられる。
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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
昨年までに検討してきたアモルファスTiS3やMoS3に加えて、FeSxを主成分とするアモルファス電極複合体が、高容量と優れたサイクル特性を両立することを示した。硫黄リッチなアモルファス遷移金属硫化物は、充放電時においてもアモルファス構造を維持するため、これを電極に用いた全固体電池はサイクル特性に優れることがわかった。資源的に豊富に存在するFeを用いた高容量と可逆性を両立した電極材料の開発に成功したことから、本研究は順調に進行していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度についても、電極複合体の組成や構成成分、作製手法を最適化して、電極総重量あたりで高容量を示す材料を探索する。また電極中へLi源を添加することによって、Liイオンの引き抜き方向（充電）から作動させることが可能な、アモルファス高容量正極の開発についても取り組む。充電方向から作動可能な正極を開発できれば、Liを含有しない負極との組合せも可能となり、負極選択の幅が広がるというメリットがある。Li2SをLi源として、これまでに検討してきた様々な硫黄リッチな遷移金属硫化物と反応させることによって、新規なLi含有アモルファス正極活物質を探索する。また充放電反応機構についても、様々な分光法を用いて明らかにする。
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