| 研究課題/領域番号 |
17J09397
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
乙山 美紗恵 大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | バルク型全固体電池 / 電極複合体 / 構造解析 / 反応分布 / 硫化物固体電解質 |
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| 研究実績の概要 |
黒鉛負極はLiが挿入されるにつれて、黒から青、赤、金と色変化を示すため、顕微鏡で黒鉛粒子の色を観察することで、電極層内で反応分布がどのように形成されていくのか調べることが可能である。黒鉛負極を用いた全固体電池を作製し、その場顕微鏡観察により充放電時における黒鉛負極断面の色変化を観察した。サイクルを重ねるごとに充放電容量が劣化していき、それに伴い、電解質層から離れた場所に位置する黒鉛粒子は充放電に関与しなくなることがわかった。すなわち、サイクル時に電極断面方向で不均一な反応分布が形成されることによって、容量が劣化することがわかった。充放電後の黒鉛負極のSEM観察を行ったところ、黒鉛粒子表面に析出物が生じていることが明らかとなった。これは、断面方向において不均一な反応分布が生じた原因の一つであると考えられる。
高容量を目指すことが可能な合金系負極の合成も行った。合金系負極は充放電時における体積変化が大きいことが課題として挙げられる。リン化物は充電時にイオン伝導性の高いLi3Pマトリックスを形成するため、合金化による体積変化の抑制に期待できる。特に高容量を目指すことができる組成を検討した。合成した電極を全固体電池に用い、充放電特性と反応機構を調べた。
留学中に、ナトリウム電池用正極材料の合成と反応機構の解明に取り組んだ。その場X線回折測定により、同組成のリチウム系材料と比較して、反応機構が異なることがわかった。これは結晶構造の違いに由来すると考えている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成29年度は、充放電を行いながらその場で解析することを目標としていた。実際に、黒鉛負極断面に対してその場顕微鏡観察を行い、充放電を行いながら黒鉛負極の色変化を観察することができた。充放電を行いながら反応分布が形成される様子をとらえることは、電極複合体における界面設計の指針を立てることに大きく役立つと考えられる。また、黒鉛負極だけでなく、その他の合金系負極や高容量正極などに関しても合成することができた。さらに、電解液を用いた電池において、その場X線回折測定やその場UV測定なども行い、解析技術の幅を広げることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
全固体電池と現行の電池の大きな違いは、電解液が固体電解質に置き換わっているということである。そこで、固体電解質と電極材料の界面に注目しながら、全固体電池ならではの特異な電池反応があるかどうか調べる予定である。また、全固体電池の大きな特長として、高電位電極材料の使用が可能であることと、電極材料の電解液への溶出が防げることが挙げられる。よって、全固体電池だからこそ活かされる電極材料が存在すると考えられる。電解液を用いた電池と比較しながら、電極や電解質の材料検討も含めて、全固体電池における電極複合体の最適化を行っていく予定である。
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