第一原理計算による全固体リチウムイオン電池の正極/電解質界面の研究

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K17969
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 東京大学 (2018-2019); 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2017); 国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2016)
• 研究代表者: 春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 電極/電解質界面 / 第一原理計算 / Liイオン電池 / 全固体電池

研究成果の概要

本研究では第一原理計算を用いて全固体型LIBの正極/電解質界面の微視的情報から抵抗の発生機構の解明を目的とした. 正極/電解質界面における交換欠陥の形成エネルギーから発生頻度の高い構造を調べ, LiCoO2/Li3PS4界面のCo原子はP siteを経由して拡散できることを示した. また液体型LIBのグラファイト電極/電解液界面における電荷移動反応の密度汎関数理論＋溶液理論計算を行い, その活性化エネルギーを電気化学インピーダンス測定により得られた値と比較し良く一致することを示した.

自由記述の分野

計算科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

全固体型LIBの問題点は正極/電解質界面のLiイオン伝導に大きな抵抗が発生することである.　界面抵抗の起源はまだ判明しておらず, その原因を考察することは発生機構の解明に重要である. 本研究では抵抗要因と考えられる正極/硫化物電解質の遷移金属元素の拡散の解析を行い, 交換欠陥を抑制する物質探索を将来的に可能にする結果を得た. 次に電解液を用いる液体型LIBは電荷移動抵抗が全抵抗の主な割合を占めるため, 電荷移動抵抗を低減することは充電時間の高速化などに重要となる. この結果, 様々な電極/電解液界面における電荷移動反応のシミュレーションが可能になり, 反応機構の理解を深めることが期待される.