アモルファス固体電解質材料の作製と特性評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11229204
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 南 努 大阪府立大学, 学長 (80081313)
• 研究分担者: 松田 厚範 豊橋技術科学大学, 物質工学系, 助教授 (70295723) ; 忠永 清治 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (90244657) ; 辰巳砂 昌弘 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (50137238) ; 河村 純一 東北大学, 多元物質研究所, 助教授 (50142683) ; 町田 信也 甲南大学, 理工学部, 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 / 伝導度 / 無機ゲル

研究概要

本年度得られた成果は以下の通りである。
1.リチウムイオン濃度を高めたLi_2S-SiS_2-P_2S_5-Al_2S_3多成分系ガラスを比較的低温で結晶化させることによって、固相反応では得られない高イオン伝導性チオリシコン結晶がガラスから初晶として析出し、室温で1.2x10^<-3>Scm^<-1>の極めて高い導電率を示すことが分った。
2.メカノケミカル法を用いてSnS-P_2S_5系負極材料やCu-S系正極材料を合成し、共通のガラスフォーマーを有するLi_2S-P_2S_5系固体電解質と組み合わせた全固体電池を試作した。いずれの場合もサイクル特性に優れた二次電池として作動し、従来のリチウムイオン二次電池と比べると大きな充放電容量の得られることが分かった。
3.Li_2S-P_2S_5系固体電解質を用いたIn/LiCoO_2系全固体電池において導電助剤の検討を行ったところ、アセチレンブラックは初期不可逆容量の一因となることが分かった。一方、気相成長炭素繊維を用いると不可逆容量を低減することができ、高電流密度での充放電が可能になることが明らかになった。
4.ゾル-ゲル法によってホスホシリケート系ハイブリッドおよびコンポジット系シートを作製した。γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを用いたハイブリッド系シートやポリイミドを用いたコンポジットシートを電解質膜とした固体高分子形燃料電池は、130℃以上、相対湿度数%の中温低加湿条件下でOCVが0.7-0.85V、最大出力が20-50mWcm^<-2>を示し、連続発電できることが分かった。
5.レーザー蒸着(PLD)法によって、SnO/Li-V-Si-O系ガラス/LiCoO_2系全固体薄膜リチウム二次電池を試作した。200μAcm^<-2>までは二次電池として作動可能であり、容量は大きくないものの、100サイクル以上の充放電を確認した。動作可能な薄膜二次電池が全プロセスPLD法を用いて作製できたことにより、将来のマイクロエレクトロニクスの電源素子として、そのプロセスの確立が望まれる。

研究成果

• [文献書誌] 辰巳砂昌弘: "ガラスベース固体電解質(解説)"未来材料. 3[2]. 10-15 (2003)
• [文献書誌] A.Hayashi: "Formation of Superionic Crystals from Mechanically Milled Li_2S-P_2S_5 Glasses"Electrochem.Commun.. 5. 111-114 (2003)
• [文献書誌] A.Hayashi: "Fast Lithium-Ion Conducting Glass-Ceramics in the System Li_2S-SiS_2-P_2S_5"Electrochem.Solid-State Lett.. 6[3]. A47-A49 (2003)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Preparation of LiCoPO_4 for Lithium Battery Cathodes through Solution Process"Electrochemistry. 71[12]. 1192-1195 (2003)
• [文献書誌] 忠永清治: "中温作動燃料電池用プロトン伝導性無機-有機複合体電解質膜(解説)"工業材料. 51[4]. 35-38 (2003)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Preparation of Proton-Conductive Inorganic-Organic Hybrid Films from 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane and Orthophosphoric Acid"Chem.Mater.. 15[9]. 1910-1912 (2003)
• [文献書誌] C.Iwakura: "All Solid-State Nickel/Metal Hydride Battery with a Proton-Conductive Phosphoric Acid-Doped Silica Gel Electrolyte"Electrochimica Acta. 48[11]. 1499-1503 (2003)
• [文献書誌] F.Mizuno: "Cycle Performance of All-Solid-State In/LiCoO_2 Batteries with Li_2S-P_2S_5 Glass-Ceramic Electrolytes"Electrochemistry. 71[12]. 1196-1200 (2003)
• [文献書誌] A.Hayashi: "Structural Studies in Lithium Insertion into SnO-B_2O_3 Glasses and Their Applications for All-Solid-State Batteries"J.Electrochem.Soc.. 150[5]. A582-A587 (2003)
• [文献書誌] K.Tadanaga: "Inorganic-Organic Hybrid Films from 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane and Orthophosphoric Acid for Medium Temperature Fuel Cells"Electrochem.Commun.. 5. 644-646 (2003)
• [文献書誌] A.Hayashi: "All-Solid-State Li/S Batteries with Highly Conductive Glass-Ceramic Electrolytes"Electrochem.Commun.. 5. 701-705 (2003)
• [文献書誌] N.Kuwata: "Cation Dynamics of Stabilized α-AgI in AgI-Ag_2O-MoO_3 Glasses, Studied by Ag-109 NMR Spectroscopy"J.Non-Cryst.Solids. 324[1-2]. 79-91 (2003)
• [文献書誌] A.Hayashi: "High Conductivity of Superionic-Glass-in-Ionic-Liquid Solutions"Electrochem.Solid-State Lett.. 6[8]. E19-E22 (2003)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Preparation and Characterization of Thermally Stable Proton-Conducting Composite Sheets Composed of Phosphosilicate Gel and Polyimide"Solid State Ionics. 162-163. 247-252 (2003)
• [文献書誌] A.Matsuda: "Proton Conductivity at Medium Temperature Range and Chemical Durability of Phosphosilicate Gels Added with a Third Component"Solid State Ionics. 162-163. 253-259 (2003)
• [文献書誌] F.Mizuno: "All-Solid-State Lithium Secondary Batteries Using a Layer-Structured LiNi0.5Mn0.5O2 Cathode Material"J.Power Sources. 124. 170-173 (2003)
• [文献書誌] H.Morimoto: "Cathode Properties of Amorphous 66.7V_2O_5・33.3FeOOH Powders Obtained by Mechanical Milling Technique"Electrochemistry. 71[12]. 1036-1038 (2003)
• [文献書誌] 辰巳砂昌弘: "先端化学シリーズII(著書、分担執筆)執筆項目「無機イオン伝導体」(日本化学会編)"丸善. 7 (2003)
• [文献書誌] 辰巳砂昌弘: "電子とイオンの機能化学シリーズVol.3(著書、分担執筆)執筆項目「リチウムイオン伝導性ガラス」"エヌ・ティー・エス. 15 (2003)