| 研究領域 | 蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05299
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
土井 貴之 同志社大学, 理工学部, 教授 (30404007)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 蓄電固体界面 / 全固体電池 / シリコン負極 / リチウムイオン / 固体電解質界面相 / 固体電解質 / 界面イオン移動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
蓄電固体界面のモデル材料であるSi薄膜上に固体電解質界面相を形成し、蓄電性能および界面リチウムイオン輸送性能が高い系を見出して、その固体電解質界面相の構造や組成を明らかにする。また、Si薄膜／固体電解質界面を構築し、界面リチウムイオン輸送性能が高い系を見出す。さらに、Si薄膜と固体電解質の間に固体電解質界面相を挟んだSi薄膜／固体電解質界面相／固体電解質界面を構築し、固体電解質界面相が蓄電性能および界面リチウムイオン輸送性能に与える影響を明らかにする。これらの電気化学特性と、Siの諸物性値との相関を考察することにより、リチウムイオンの高濃度蓄積や界面高速イオン輸送を可能とする因子を解明する。
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| 研究実績の概要 |
シリコン（Ｓｉ）負極は従来の黒鉛負極に比べて１０倍以上の高い理論容量を有するため次世代リチウムイオン電池用負極活物質として注目されている。また、純Ｓｉよりも亜酸化シリコン(ＳｉＯｘ)の方が充放電サイクル性能が優れていることが報告されている。ＳｉＯｘ負極に適合する酸化物系固体電解質は少なく、ガーネット型Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２（ＬＬＺ）が最も有望と考えられており、特にＴａをドープしたＬＬＺ（ＬＬＺＴ）のイオン伝導度が高いことが知られている。そこで、本研究では全固体二次電池の蓄電性能向上を目指してＳｉＯｘ負極に注目し、モデル負極材料としてアモルファスＳｉＯｘ薄膜を用いて、ＳｉＯｘ薄膜負極／ＬＬＺＴ固体電解質界面を形成し、ＳｉＯｘ組成が充放電サイクル性能および界面抵抗に与える影響を明らかにした。ＳｉＯｘ薄膜を高周波マグネトロンスパッタリング法により成膜し、酸素分圧などの成膜条件を変えることにより薄膜組成をコントロールした。表面が平滑なＬＬＺＴ固体電解質を作製して、ＳｉＯｘ薄膜負極／ＬＬＺＴ固体電解質／リチウム金属電極セルを形成することにより界面抵抗を定量的に解析することができた。また、ＳｉＯｘ薄膜負極とＬＬＺＴ固体電解質の間に固体電解質界面相を導入することにより蓄電性能向上が可能であることを実証した。具体的には、得られたＳｉＯｘ薄膜を濃厚電解液中で充放電してＳｉＯｘ薄膜上に固体電解質界面相を形成し、これをＬＬＺＴ固体電解質と張り合わせてＳｉＯｘ薄膜負極／固体電解質界面相／ＬＬＺＴ固体電解質／リチウム金属電極セルを形成して充放電性能を向上させることができた。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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