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2018 年度 実績報告書

衝撃固化現象を利用した酸化物全固体電池用活物質-固体電解質コンポジット電極の創製

研究課題

研究課題/領域番号 16K06218
研究機関豊橋技術科学大学

研究代表者

稲田 亮史  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30345954)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード衝撃固化現象 / エアロゾルデポジション法 / 電極活物質 / 酸化物固体電解質 / コンポジット電極 / 全固体電池
研究実績の概要

本研究では,酸化物系全固体リチウム電池への応用を念頭に置き,セラミックス粒子の衝撃固化現象を利用したエアロゾルデポジション(AD)法により,リチウムイオン電池用電極活物質とリチウムイオン伝導性酸化物固体電解質から成るコンポジット電極を形成しその電気化学特性を精査した。最終年度の主な研究成果は下記の通りである。
(1)活物質-固体電解質コンポジット電極の作製及び特性評価
正極活物質であるLiMn2O4(LMO), LiFePO4(LFPO)およびLiV3O8(LVO)と,成形性に優れるγ-Li3PO4型固体電解質とのコンポジット膜(3~10μm厚)をAD法で作製した。金属基板上に形成した各コンポジット膜の充放電特性を有機電解液中で評価した結果,LFPO以外は固体電解質とのコンポジット化により可逆容量が増加した。特に,LMOコンポジット膜は10μm程度に厚膜化しても比容量低下が殆どなく,検討範囲内で膜厚にほぼ比例した実容量が得られることを確認した。同コンポジット電極を成膜したガーネット型固体電解質にリチウム対極を接合して全固体セルを構成し,100℃での充放電特性を評価した結果,クーロン効率・比容量共に有機電解液中よりも低い結果となった。コンポジット電極層と固体電解質間の界面抵抗が依然として大きいためと考えられる。
(2)高容量合金系負極活物質の膜電極化及び特性評価
高容量合金系負極活物質の一つであるSn4P3に着目し,AD法による電極化検討を行った。本材料は高い電子伝導性を有すると共に,リチウムイオン吸蔵時にリチウムイオン伝導体であるLi3Pを生成する。このため,電気化学反応を通じてコンポジット電極がその場形成される特徴がある。Sn4P3膜(2μm厚)を成膜したガーネット型固体電解質にリチウム対極を接合して全固体セルを構成し,100℃で充放電特性を評価した結果,初回サイクル時に800mAh/g,10サイクル後に600mAh/g程度の高い可逆容量を得ることができた。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Univerisity of Michigan(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Univerisity of Michigan
  • [雑誌論文] Properties of Lithium Trivanadate Film Electrodes Formed on Garnet-type Oxide Solid Electrolyte by Aerosol Deposition2018

    • 著者名/発表者名
      R. Inada, K. Okuno, S. Kito, T. Tojo, Y. Sakurai
    • 雑誌名

      Materials

      巻: 11 ページ: 1570

    • DOI

      10.3390/ma11091570

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Formation and Stability of Interface between Garnet-type Ta-doped Li7La3Zr2O12 Solid Electrolyte and Lithium Metal Electrode2018

    • 著者名/発表者名
      R. Inada, S. Yasuda, H. hosokawa, M. Saito, T. Tojo, Y. Sakurai
    • 雑誌名

      Batteries

      巻: 4 ページ: 26

    • DOI

      10.3390/batteries4020026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Characterization of Tin Phosphide Film Electrode for All-Solid-State Battery Fabricated By Aerosol Deposition2019

    • 著者名/発表者名
      R. Inada, D. Azuma, M. Wang, J. Sakamoto, Y. Sakurai
    • 学会等名
      236th Meeting of The Electrochemical Society
    • 国際学会
  • [学会発表] エアロゾルデポジション法による酸化物固体電解質を用いた電極複合体の作製と評価2018

    • 著者名/発表者名
      塚原康平,三橋尚輝,鬼頭駿介,東大貴,東城友都,稲田亮史,櫻井庸司
    • 学会等名
      2018年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [学会発表] エアロゾルデポジション法によるSn4P3/C複合膜電極の作製及び電気化学特性2018

    • 著者名/発表者名
      森高冬毅,東城友都,稲田亮史,櫻井庸司
    • 学会等名
      2018年度日本セラミックス協会東海支部学術研究発表会
  • [学会発表] LISICON系酸化物固体電解質を用いた電極複合体の作製および特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      塚原康平,三橋尚輝,鬼頭駿介,東大貴,東城友都,稲田亮史,櫻井庸司
    • 学会等名
      第49回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • [学会発表] エアロゾルデポジション法によるSn4P3/C複合膜電極の作製及び電気化学特性評価2018

    • 著者名/発表者名
      森高冬毅,東城友都,稲田亮史,櫻井庸司
    • 学会等名
      第49回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • [学会発表] Characterization of Lithium Vanadate Film Electrode Formed on Garnet-Type Oxide Solid Electrolyte by Aerosol Deposition2018

    • 著者名/発表者名
      R. Inada, K. Okuno, S. Kito, K. Tsukahara, T. Tojo, Y. Sakurai
    • 学会等名
      Americas International Meeting on Electrochemistry and Solid State Science (AiMES 2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化物系固体電解質を利用した全固体リチウム二次電池の研究2018

    • 著者名/発表者名
      稲田亮史
    • 学会等名
      平成30年度日本セラミックス協会関東支部 支部講演会
    • 招待講演
  • [備考] 豊橋技術科学大学教員紹介(稲田亮史)

    • URL

      https://www.tut.ac.jp/university/faculty/ee/141.html

  • [備考] 豊橋技術科学大学電気・電子情報工学系クリーンエネルギー変換研究室

    • URL

      http://www.cec.ee.tut.ac.jp/

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公開日: 2019-12-27  

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