2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study on mechanism of the high-rate capability of electrode which forms electrolyte during electrochemical reaction.
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Interfacial Ion Dynamics for Solid State Ionics Devices |
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| Project/Area Number |
22H04621
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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, 助教 (10713448)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 全固体電池 / 水素化物 / その場形成固体電解質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでMgH2を活物質とすることで、電極合材中に固体電解質の粉末を含有しなくても充放電が進行することを見出していた。生成するLiHのイオン伝導性はそれほど高くないものの、そこをリチウムイオンが伝導して充放電が可能という結果が得られている。これを「固体電解質その場形成負極」として、全固体電池への適用を検討している。本研究では、充放電時の電極合材中のLiHやMg、炭素の粒子同士の「界面」について、電気化学的手法やその他の解析技術によって評価を行うことで「その場形成固体電解質」を利用した高速充放電機構の原理解明を行っている。本年度は、電池ペレットの断面をXPS測定で評価することにより、リチウムイオン挿入後の濃度分布が確認できることが分かった。この時、電気量と対応するような断面の濃度分布となっていたことから、リチウム塩が生成する面が集電体面とほぼ平行に成長していくことが示唆された。また、電子伝導性の高いTiH2といった新しい負極材料にも展開するとともに、電極合材中の炭素量の違いによる電池特性への影響を調査した。炭素量を低下させることでイオン伝導パスの体積含有率は向上すると考えられる一方、電子伝導パスの体積含有率が低下する。実際に炭素量を低下させるとレート特性が大きく低下したことから、生成するリチウム塩のイオン伝導性とともに電子伝導性が重要であり、リチウム挿入で生成する金属だけでは電子伝導性が不十分であることが明らかとなった。
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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
リチウムイオン挿入時のリチウム濃度分布の評価に目途がたった。また、リチウムイオン挿入後のリチウム塩のイオン伝導性とともに電極全体の電子伝導性が重要であることが分かっており、電極の利用率向上に向けて新たな知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
①MgH2からの「その場形成固体電解質」の形成過程の可視化
MgH2がリチウムイオンと反応すると、LiHとMgが生成する。
領域メンバーと連携しながら放電後や充電後のLiH及びMgの生成分布を明らかにする。
また、充放電レートによる形態への影響も調査する。
②電極合材のイオン伝導や電子伝導の影響の評価
活物質の電子伝導性や炭素含有量の影響を調べる。
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