| 研究課題/領域番号 |
21K05256
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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36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
西尾 和記 東京工業大学, 物質理工学院, 特任准教授 (60805117)
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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: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 超低抵抗界面 / 全固体Li電池 / 硫化物固体電解質－正極界面 / 清浄界面 / 薄膜型電池 / エピタキシャル薄膜 / 界面抵抗 / 薄膜電池 / 硫化物固体電解質 / 緩衝層 / 全真空プロセス / 高速充放電 / 結晶方位依存性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、全固体リチウム電池の界面抵抗起源解明に向け、清浄な界面を形成できる全真空プロセスシステムとエピタキシャル薄膜作製技術の活用により薄膜型全固体Li電池を作製する。そして、原子レベルで規定されたモデル界面を創成し界面抵抗の定量評価を行う。これにより、硫化物系固体電解質/電極における界面抵抗起源を解明し、この界面に緩衝層を導入することで超低抵抗界面の創成を達成する。作製したモデル界面に対し、透過電子顕微鏡法、X線CTR散乱法、X線吸収分光法などによる界面計測を行い、界面における構造、電子・化学状態と界面抵抗の相関を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
全固体Li電池における硫化物固体電解質と正極間の界面抵抗の起源を解明するために、清浄かつ原子レベルで規定された理想モデル界面を形成し定量的に研究した。そのため、硫化物固体電解質Li3PS4と様々な正極材料における界面抵抗を定量的に評価した。LiCoO2、NCA、LNMOなどの正極に対し、Li3PS4と界面を形成すると、正極側へSの拡散に伴う化学反応層が形成されることを元素分析から確認した。そして、そのような化学反応層の形成に伴い極めて高い界面抵抗を示し、電池動作しなかった。これらの結果から、界面抵抗の起源は、硫化物固体電解質と正極が接した際に形成される化学反応層であることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまでに硫化物固体電解質と正極間の界面抵抗の起源として空間電荷層、化学もしくは電気化学的に生成される反応層などが提唱されコンセンサスが得られていなかった。しかし、本研究によって理想的な清浄な界面を形成した場合に、界面抵抗の起源が化学反応層の生成に由来することを明らかにできた。起源を明らかにすることで、抵抗起源となる反応層生成を抑制するための界面設計を能動的に行うことが可能となる。さらに、反応層を抑制して低抵抗な界面を構築できることも実証できたことから、高速充放電できる全固体Li電池の向けて重要な知見が得られた。
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