| 研究課題/領域番号 |
21H01625
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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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 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
寺西 貴志 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 准教授 (90598690)
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| 研究分担者 |
中山 将伸 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10401530)
三村 憲一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20709555)
近藤 真矢 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 助教 (20890205)
岸本 昭 岡山大学, 環境生命自然科学学域, 教授 (30211874)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
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| キーワード | リチウムイオン電池 / 全固体電池 / 界面制御層 / 急速充放電 / 界面電荷移動抵抗 / 酸化物系全固体電池 / 界面抵抗 / 誘電体界面 / 出力特性 / 電気化学ポテンシャル / Li化学ポテンシャル / リチウムイオン / 酸化物系全個体電池 / 誘電体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酸化物系全固体リチウムイオン電池の社会実装に向けた最大の課題は，電極－固体電解質界面の巨大な電荷移動抵抗である．電荷移動抵抗は，2つの内因的因子(界面局所電場，化学ポテンシャル)，すなわち電気化学ポテンシャルと，2つの外因的因子(相互拡散層，物理空隙)が決定する．本研究は，固体界面の局所的な電気化学ポテンシャルを精密に変調しうる「界面制御層」を新たに提案する．具体的には，界面制御層の材料パラメータ(比誘電率，Li濃度)が界面電気化学ポテンシャルや界面電荷移動抵抗とどのような関係にあるかを明らかにし，これらのパラメータを最適化することで，酸化物固体界面における高速電荷移動を実現する．
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| 研究成果の概要 |
酸化物系全固体電池における電極―電解質固体間に，絶縁体からなる界面制御層を導入することで，出力特性の向上を図った．電池形態は電解質支持型電池とした．室温動作可能な高性能電解質支持型電池の開発に成功した．続いて，液系電池で実績のあったBaTiO3ナノ粒子を界面制御層として検討したが，各種条件において電池出力の改善は確認できなかった．全固体電池では，Liはシングルイオンとして移動するため，正電荷のLiは絶縁体表面よりも負電荷を帯びた電極表面に強く引き付けられる．今後，Liの吸着活性を高めうる，表面負電荷密度の高い界面制御層の探索を行い全固体電池特性の改善を図る．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
酸化物系全固体電池(酸化物系電池)の最大のアドバンテージは，大気開放中での電池作製と電池動作が可能となる点である．これが実現すれば，二次電池産業を革新すると言ってよい．しかし，言い換えれば，酸化物界面は大気中において不活性であり，本来，その中をLiが高速伝導することは難しいといえる．つまり，本研究が提案する界面制御層を介した電荷移動機構は，このジレンマを解消しうる新しい原理であると考える．
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