• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

水蒸気焼成による正極活物質-固体電解質の固固界面接合の実現

研究課題

研究課題/領域番号 20H02451
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分26030:複合材料および界面関連
研究機関大阪大学

研究代表者

小澤 隆弘  大阪大学, 接合科学研究所, 助教 (40734158)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2020年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
キーワード水蒸気 / 固体電解質 / ナノ粒子 / 結晶化 / 多孔質粒子 / 微構造制御 / 粒成長 / 全固体電池 / 電極活物質 / 界面接合 / 正極活物質
研究開始時の研究の概要

本研究では,電極活物質と固体電解質の微粒子が混合,積層されたバルク型全固体電池において,その微粒子間での良好な固固界面接合を水蒸気焼成で実現する。酸化物表面での水酸基形成と脱水縮合反応を誘起させる水蒸気に着目し,界面での酸素を介した結合形成を狙う。本研究では正極に焦点を当て,活物質-固体電解質が均質に分散して造粒されたコンポジット電極粒子や電極・電解質層内における接合界面評価,ならびに電極特性評価を行い,バルク型全固体電池の実用化の加速に貢献する。

研究成果の概要

酸化物表面での水蒸気作用に着目し、リチウムイオン二次電池の電極活物質と酸化物系固体電解質の固固界面接合を水蒸気焼成で実現することを目的とした。その結果、粒子間接合の促進により高容量酸化物負極の迷路状多孔質化に成功するとともに、その内部に導電性カーボンナノ粒子を挿入することでサイクル性能が向上した。また、水蒸気加熱により正極活物質表面では構造変化が起こることを見出した。さらに、酸化物系固体電解質の超微粒子化を達成し、その再結晶化が水蒸気加熱で促進された。電極活物質と酸化物系固体電解質ナノ粒子とを複合化させたコンポジット電極を作製し、全固体ハーフセルにおいて作動することを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

固体微粒子どうしの低温接合が水蒸気加熱プロセスで実現したことは、無機材料科学分野における新たな接合手法として期待され、その適用範囲の拡張が想定される。また、コンポジット電極の作製において、電極活物質と固体電解質との低温接合から界面での異相形成は抑制されると考えられる。水蒸気加熱プロセスは汎用的な技術であるため、バルク型全固体電池の実用化の加速に寄与できると考えられる。

報告書

(5件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Development of nanostructured Ge/C anodes with a multistacking layer fabricated via Ar high-pressure sputtering for high-capacity Li<sup>+</sup>-ion batteries2024

    • 著者名/発表者名
      Omae Tomoki、Yamada Teruya、Fujikake Daiki、Kozawa Takahiro、Uchida Giichiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 17 号: 2 ページ: 026001-026001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ad2785

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechano-chemical hydrothermal synthesis of NH4NiPO4・H2O and its transformation to LiNiPO42024

    • 著者名/発表者名
      Huebner Jan、Kozawa Takahiro、Kondo Akira、Fukuyama Kayo、Naito Makio
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 35 号: 3 ページ: 104375-104375

    • DOI

      10.1016/j.apt.2024.104375

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 高加速度遊星ビーズミルを用いたチタン酸リチウム水和物の機械的液相合成2023

    • 著者名/発表者名
      Kondo Akira、Ishii Toshihiro、Kozawa Takahiro、Naito Makio
    • 雑誌名

      粉体工学会誌

      巻: 60 号: 9 ページ: 536-541

    • DOI

      10.4164/sptj.60.536

    • ISSN
      0386-6157, 1883-7239
    • 年月日
      2023-09-10
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 高エネルギー粉砕機を用いた湿式粉砕による形状異方性粒子のメカノケミカル合成2023

    • 著者名/発表者名
      Kozawa Takahiro、Fukuyama Kayo、Kondo Akira、Naito Makio
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 70 号: 2 ページ: 100-105

    • DOI

      10.2497/jjspm.70.100

    • ISSN
      0532-8799, 1880-9014
    • 年月日
      2023-02-15
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Single-step fabrication of fibrous Si/Sn composite nanowire anodes by high-pressure He plasma sputtering for high-capacity Li-ion batteries2023

    • 著者名/発表者名
      Uchida Giichiro、Masumoto Kodai、Sakakibara Mikito、Ikebe Yumiko、Ono Shinjiro、Koga Kazunori、Kozawa Takahiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 14280-14280

    • DOI

      10.1038/s41598-023-41452-3

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Carbon nanoparticle-entrapped macroporous Mn3O4 microsphere anodes with improved cycling stability for Li-ion batteries2022

    • 著者名/発表者名
      Kozawa Takahiro, Kitabayashi Fumiya, Fukuyama Kayo, Naito Makio
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 11992-11992

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16383-0

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation mechanism of maze-like open macropores in Mn3O4 microspheres by heating in water vapor and their single-particle compressive behavior2022

    • 著者名/発表者名
      Kozawa Takahiro, Li Yuexuan, Hirahara Kaori
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 33 号: 12 ページ: 103844-103844

    • DOI

      10.1016/j.apt.2022.103844

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Combined wet milling and heat treatment in water vapor for producing amorphous to crystalline ultrafine Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 solid electrolyte particles2021

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Kozawa
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 号: 24 ページ: 14796-14804

    • DOI

      10.1039/d1ra02039k

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 水蒸気固相反応プロセスによる粒子合成2021

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 雑誌名

      セラミックス

      巻: 56 ページ: 526-530

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 特異反応場を駆使した機能性微粒子の作製とその応用2021

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘,近藤光,内藤牧男
    • 雑誌名

      生産と技術

      巻: 73 ページ: 22-24

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Macroporous Mn3O4 microspheres as a conversion-type anode material morphology for Li-ion batteries2020

    • 著者名/発表者名
      Kozawa Takahiro, Nishikawa Kei
    • 雑誌名

      Journal of Solid State Electrochemistry

      巻: 24 号: 6 ページ: 1283-1290

    • DOI

      10.1007/s10008-020-04625-y

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 資源循環ナノ粒子回収に適用可能なマクロ多孔体の開発2023

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      実装フェスタ関西2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 多孔質球を用いた炭酸リチウムナノ粒子の捕集とリチウムイオン電池用正極合成への応用2023

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 微構造制御された機能性粒子の開発とエネルギー分野への応用2023

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      第141回マイクロ接合研究委員会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 水蒸気熱分解法による多孔質酸化マンガン球の形成機構とその単粒子解析2022

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘,Li Yuexuan,平原佳織
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第35回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Template-free preparation of macroporous Mn3O4 and its application as anodes for Li-ion batteries2022

    • 著者名/発表者名
      Kozawa Takahiro, Kitabayashi Fumiya, Fukuyama Kayo, Naito Makio
    • 学会等名
      The 7th International Conference on the Characterization and Control of Interfaces for High Quality Advanced Materials and the 57th Summer Symposium on Powder Technology
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 水蒸気固相反応プロセスによる粒子合成への展開2022

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      電子セラミック・プロセス研究会 第188回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 多孔質Mn3O4/C複合粒子によるコンバージョン型リチウムイオン二次電池負極のサイクル性能向上2022

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘,北林史弥,福山香代,内藤牧男
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2022年年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 特異反応場を駆使した機能性微粒子の作製とその応用2021

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘,近藤光,内藤牧男
    • 学会等名
      第18回産学連携シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微構造制御された正極活物質粒子の合成と全固体電池用コンポジット正極の作製2021

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      全固体リチウムイオン電池技術の研究開発動向
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 高エネルギー粉砕による酸化物固体電解質の超微粒子作製と表面特性2021

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 水蒸気焼成による非晶質固体電解質の低温結晶化2021

    • 著者名/発表者名
      小澤隆弘
    • 学会等名
      日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Preparation of conversion-type porous Mn3O4/C composite anode for lithium-ion batteries2021

    • 著者名/発表者名
      Fumiya Kitabayashi, Takahiro Kozawa, Makio Naito
    • 学会等名
      The 8th Asian Particle Technology Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] LATP被覆LiNi1/2Mn3/2O4の電気化学インピーダンス法による評価2021

    • 著者名/発表者名
      今﨑充康,今泉純一,菊池剛,福山香代,小澤隆弘,内藤牧男
    • 学会等名
      第62回電池討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 表面コーティングLNMO/LTOリチウムイオン電池のガス抑制効果2020

    • 著者名/発表者名
      今泉純一,今崎充康,菊池剛,福山香代,小澤隆弘,内藤牧男
    • 学会等名
      第61回電池討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 湿式メカニカル法による異方性ナノ粒子の合成と高電位正極材料への展開2020

    • 著者名/発表者名
      樽美良紀,小澤隆弘,内藤牧男
    • 学会等名
      粉体工学会2020年度秋期研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 大阪大学接合科学研究所

    • URL

      http://www.jwri.osaka-u.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 金属オキシ水酸化物の凝集体および金属オキシ水酸化物の製造方法2023

    • 発明者名
      小澤隆弘
    • 権利者名
      小澤隆弘
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-166399
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi