| 研究課題/領域番号 |
21K05226
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
田港 聡 三重大学, 工学研究科, 助教 (60771201)
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 全固体リチウム二次電池 / 正極材料 / 薄膜電池 / LiCoO2 / 高電圧動作 / リチウム脱挿入反応 / パルスレーザー堆積法 / RFマグネトロンスパッタ法 / 固体界面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまでに見出した「蓄電池の全固体化による正極反応の可逆性とサイクル安定性向上」に基づき，反応性の高い有機電解液との副反応で分解するため使用が見送られてきた材料(反応)に着目して，可逆的かつ安定な高エネルギー密度正極反応を示す材料を開拓する．本研究では，高電位側に電位窓が広く化学的に安定なリン酸塩電解質と全固体モデル薄膜電池を構築して，正極反応と構造を評価し，固体電解質と組み合わせることで可逆的な高エネルギー密度反応を示す全固体Li二次電池用の正極材料を見出す．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，反応性の高い有機電解液との副反応で分解するため使用が見送られてきた正極材料（反応）に着目して，高電位側に電位窓が広く化学的に安定なリン酸塩固体電解質と固体電池を構築し，可逆的かつ安定な高エネルギー密度正極材料（反応）を開拓することを目指した．薄膜合成法によって，全固体薄膜電池を構築することに成功した．4.6 Vまでの上限電圧においては，4.2 Vと同様に50サイクル極めて安定なサイクル特性が得られることが分かった．また正極・固体電解質界面にPLD法で固体電解質層を挿入することで，4.8 Vの高電圧動作条件においても高容量正極反応の可逆特性が向上することを見出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
LiCoO2およびLi5FeO4は高電圧，高容量電極反応過程において，いずれも充電時のLi+脱離以外に反応性の高い有機電解液との副反応で不可逆な酸素脱離が進行して正極自身が分解する．その結果，放電時に容量が取り出せずサイクル安定性も低く，液系電池では材料（反応）の使用が見送られてきた．本検討では，特にLiCoO2について，電位窓の広いリン酸塩固体電解質と組み合わせて固体電池として動作させることで高電圧動作条件においても，高容量反応の可逆特性が向上することを見出した．得られた知見は正極材料の高エネルギー密度化に向けた材料探索や反応制御に貢献すると考えられる．
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