| 研究課題/領域番号 |
20J23724
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分26020:無機材料および物性関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 (2022)
大阪府立大学 (2020-2021) |
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研究代表者 |
木村 拓哉 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2022年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2021年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
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| キーワード | リチウムイオン伝導体 / 硫化物 / 大気曝露 / 大気暴露 / 窒化物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，安全性に優れた全固体リチウム二次電池の実用化を目指し，高いイオン伝導度と低い硫化水素発生量を兼ね備えた硫化物系固体電解質の設計指針を得ることを目的とする．さらにその設計指針を用いて，全固体電池の実用化にむけた電解質を作製することを目指す．HSAB則などに基づく元素選択による電解質を作製し，構造解析やイオン伝導度評価，硫化水素発生量測定を行うことで，イオン伝導性増大や硫化水素発生抑制メカニズムに対する知見を得る．また，リチウムイオン電池の製造に用いられているドライルーム環境下で，作製した電解質と実用材料である電極活物質と組み合わせて，全固体電池を試作し評価を行う．
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| 研究実績の概要 |
本年度は，大気曝露in-situ XRD測定が可能な装置を用いて，硫化物電解質の大気曝露による結晶構造変化について評価・解析を行った．また，水溶液を介した硫化物電解質Li4SnS4の合成を行った．
Li3PS4に代表される硫化物電解質は大気中の水分と反応し構造が変化することが知られている．また，リンのほかにも様々な中心元素を用いた硫化物電解質が報告され，大気曝露時の挙動評価も一部の組成ではなされている．しかしながら，曝露条件が異なるなど系統的な知見を得るには至っていない．
そこで本年度は，中心元素Mとしてアルミニウム，ガリウム，インジウム，ケイ素，ゲルマニウム，スズ，リン，ヒ素，アンチモンを含む硫化物電解質LixMS4をメカノケミカル法により作製し，露点－8℃環境下における大気曝露in-situ X線回折（XRD）測定により曝露挙動を評価した．曝露後サンプルのXRDパターンより，曝露後の構造は中心元素の族に依存する傾向にあることがわかった．曝露後真空乾燥したサンプルについては中心元素毎に構造が異なることが明らかになった．
また前年度の検討により，Li4SnS4電解質は大気に曝した際に硫化水素の発生を伴わず水和物を形成することがわかっている．この水和物形成について得られた知見を活かし，水溶液を介したLi4SnS4電解質の合成について検討を行った．
出発原料として硫化リチウムと硫黄，金属スズを用い，イオン交換水中で攪拌することで反応させた．また，スズ原料としてスズの価数が異なる2種の硫化スズを用いて検討した．金属スズや2価の硫化スズを用いた場合，わずかに不純物が残るもののLi4SnS4が得られることがわかった．一方，4価の硫化スズを用いた場合はほとんど反応が進行しなかった．このことから，適切な出発原料を用いることにより，Li4SnS4の水溶液合成が可能であることが明らかになった．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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