アモルファス固体電解質材料の作製と特性評価

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11229204
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 南 努 大阪府立大学, 工学部, 教授 (80081313)
• 研究分担者: 松田 厚範 大阪府立大学, 工学部, 助手 (70295723) ; 忠永 清治 大阪府立大学, 工学部, 助手 (90244657) ; 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学部, 教授 (50137238) ; 河村 純一 北海道大学, 大学院・理学研究科, 講師 (50142683) ; 町田 信也 甲南大学, 理学部, 助教授 (10190381)
• キーワード: イオン伝導 / 固体電解質 / オキシスルフィドガラス / メカニカルミリング / プロトン伝導 / 非晶質 / 導電率 / 無機ゲル

研究概要

本研究は高エネルギー密度全固体イオニクス素子の固体電解質材料として、高いリチウムイオン伝導性あるいは高いプロトン伝導性の期待できる新規な非晶質固体電解質材料を探索し、得られた非晶質材料の固体電解質としての特性評価を行うことを目的として行ったものである。本年度得られた主な成果は以下の通りである。
(1)Li_2S-SiS_2系にLi_3AlS_3およびLi_3AlO_3を添加したガラスを作製したところ、いずれの系においても、少量添加時にガラスの結晶化に対する安定性が増加すると共に高い伝導度を示すことがわかった。特に、Li_3AlS_3を添加した系においては、少量添加した組成において伝導の活性化エネルギーが減少することがわかった。
(2)メカニカルミリングにより、Li_2S-SiS_2-Li_xMO_y(Li_xMO_y=Li_4SiO_4, Li_3PO_4)系非晶質固体電解質材料の合成を試みた。少量のLi_xMO_yを添加した系において、約20時間のメカニカルミリングによって、非晶体が得られることがわかった。この非晶体は室温において1x10^<-4>Scm^<-1>以上の伝導度を有し、リチウムイオン輸率がほぼ1であることがわかった。
(3)溶融急冷法によって得られたオキシスルフィドガラスおよびメカニカルミリングによってよって得られたオキシスルフイド系非晶質の電気化学的安定性を調べたところ、いずれもリチウム金属に対して10V以上の極めて広い電位窓を有することが明らかになった。
(4)シリコンとリン元素が有機鎖でつながった構造を有するアルコキシドである、ジエチルフォスファトエチルトリエトキシシランを出発原料として作製したホスホシリケートゲルは、高温の熱処理を行うと有機鎖が燃焼し、オルトリン酸が生成するために、高いプロトン伝導性を示すことがわかった。

研究成果

• [文献書誌] A. Matsuda: "Electric Double-Layer Capacitor Using Composites Composed of Phosphoric Acid-Doped Silica Gel and Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene Elastomer as a Solid Electrolyte"J. Power Sources,. 77・[1]. 12-16 (1999)
• [文献書誌] R. Sakamoto: "Preparation of Fast Lithium Ion Conducting Glasses in the System Li_2S-SiS_2-Li_3N"J. Phys. Chem. B.,. 103・[20]. 4029-4031 (1999)
• [文献書誌] H. Morimoto: "Mechanochemical Synthesis of New Amorphous Materials of 60Li_2S・ 40SiS_2with High Lithium Ion Conductivity"J. Am. Ceram. Soc.,. 82・[5]. 1352-1354 (1999)
• [文献書誌] A. Hayashi: "Structural Change Accompanying Crystallization in the Lithium Ion Conductive Li_2S-SiS_2-Li_3PO_4Oxysulfide Glasses"J. Am. Ceram. Soc.,. 107・[6]. 510-516 (1999)
• [文献書誌] M. Tatsumisago: "Crystallization of α-AgI from AgI-Ag_2O-MxOy(MxOy=B_2O_3, GeO_2, WO_3, )Melts and Glasses"Solid State Ionics. 121・[1-4]. 193-200 (1999)
• [文献書誌] A. Hayashi: "Higt-Resolution Solid-State NMR Studies of Ionically Conductive Li_2S-SiS_2-Li_2O-P_2O_5 Oxysulfide Glasses"Phys. Chem. Glasses. 40・[3]. 140-145 (1999)
• [文献書誌] 南 努: "超イオン伝導ガラス(総説)"電池技術. 11. 131-138 (1999)
• [文献書誌] A. Hayashi: "Electrochemical Properties for the Lithium Ion Conductive (100-x)(0.6Li_2S・ 0.4SiS_2)・ xLi_4SiO_4 Oxysulfide Glasses"J. Electrochem. Soc.,. 146・[9]. 3472-3475 (1999)
• [文献書誌] K. Hasegawa: "Preparation of Novel Lithium Ion Conductors Composed of LiSCN-AlCl_3and Silica Particles"J. Electrochem. Soc.,. 146・[10]. 3539-3542 (1999)
• [文献書誌] H. Morimoto: "Mechanical Synthesis and Anode Properties of SnO-Based Amorphous Materials"J. Electrochem. Soc.,. 146・[11]. 3970-3973 (1999)
• [文献書誌] A. Hayashi: "Cystallization of Li_2S-SiS_2 Based Lithium Ion Conducting Glasses"Phys. Chem. Glasses.,. 40・[6]. 333-338 (1999)
• [文献書誌] A. Matsuda: "Application of Composites Composed of Phosphoric Acid-Doped Silica Gel and Styrene-Ethylene-Buthylene-Styrene Elastomer to Electric Double-Layer Capacitors"Korean J. Ceramics,. 5・[4]. 353-356 (1999)