| 研究実績の概要 |
リチウムイオン電池は高出力・高エネルギー密度特性を持ち携帯機器やハイブリッド車などの車載用電池に利用されているが, 充放電時の安全性に問題がある. リチウムイオン電池の構成要素である液体の有機電解質をイオン伝導性の無機固体で置換した全固体リチウムイオン電池(All-Solid-State Li-Ion Battery, ASS-LIB)は，安定性・長寿命性を有するリチウムイオン電池の次世代電池として精力的に研究開発が進められている. 硫化物系の固体電解質は高い成型性, イオン伝導性を持ちASS-LIBの有力候補である. しかし, 酸化物正極との接合界面には大きな界面抵抗が観測され, ASS-LIBの実用には界面抵抗低減が必要である. 本研究では正極/硫化物電解質の界面構造を第一原理計算から求め, 界面抵抗の原因と考えられている性質を調べる. ASS-LIB中のコバルト酸リチウム(LCO)/硫化物電解質界面は充放電を繰り返すことで電解質界面近傍にCo元素が流出・拡散しており, このような遷移金属元素の移動がリチウムイオン伝導度, 正極の容量劣化, 電池寿命に悪影響を及ぼすと考えられる. 本研究は第一原理計算より得たLCO/チオリン酸リチウム界面(β-Li3PS4, LPS)の構造を用いて界面付近の遷移金属元素の拡散の解析を行った. Coの拡散としてCoと他の正イオンが置き換わっていく機構を素過程とし, CoとLiまたはPを交換させた際のエネルギー差(交換欠陥の形成エネルギー)でCoの拡散しやすさを見積もった. 結果, LCO/LPS界面ではCoとPの交換がエネルギー的に安定であることが示された. さらに緩衝層の存在によってこのCo-Pの交換が抑制されることも確認できた.
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度と次年度は全固体電池中の正極/硫化物電解質の遷移金属元素の拡散に着目し, LCO/LPS界面を用いて界面付近のCo元素の拡散の解析を行った. Coの拡散としてCoと他の正イオンが置き換わっていく機構を扱い, Coと他の正イオンの交換エネルギーでCoの拡散しやすさを見積もった. 結果, LCO/LPS界面ではCoとPの交換がエネルギー的に安定であり, 実験で観測されたCoの拡散はCoとPのmixingによって起 きていると推測された. さらに緩衝層の存在によってCo-Pの交換が抑制されることが示され, 実験の観測結果とよく一致する結果が得られた. 以上のように概ね研究計画通りに進捗している.
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