| 研究課題/領域番号 |
20H02451
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小澤 隆弘 大阪大学, 接合科学研究所, 助教 (40734158)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 水蒸気 / 固体電解質 / ナノ粒子 / 結晶化 / 多孔質粒子 / 微構造制御 / 粒成長 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，酸化物表面での水酸基形成と脱水縮合反応を誘起させる加熱反応場の水蒸気に着目し，リチウムイオン電池の電極活物質と酸化物系固体電解質の固固界面接合を水蒸気焼成で実現することを目的とする。
令和3年度は，初年度に作製した酸化物系固体電解質ナノ粒子の結晶化反応に及ぼす水蒸気分圧の影響を湿潤ガスフロー下での熱分析により調査した。その結果，雰囲気中に存在する僅かな水蒸気によっても結晶化に起因する発熱ピークが低温側にシフトすることを明らかにした。また，固体電解質ナノ粒子と高電位正極活物質との複合化を検討し，混合比率や焼成温度が複合構造や電池特性に及ぼす影響を調査した。さらに，正極活物質と水蒸気との界面反応を調査するため，種々の正極粉体を水蒸気下で焼成し，結晶構造ならびに表面状態変化を観察した。水蒸気焼成下での構造安定性に関する知見を得た。
一方，水蒸気焼成で促進される粒子間接合や粒成長を応用した多孔質電極粒子の作製にも展開し，コンバージョン型負極の性能向上を図った。水蒸気熱分解法によりマクロ孔からなる多孔質酸化マンガン球を作製し，その細孔内にカーボンナノ粒子を挿入した複合粒子を作製した。リチウムイオン電池のコンバージョン型負極として性能を評価した結果，カーボン添加量に応じてサイクル性能が向上することを明らかにした。カーボンナノ粒子が導電性に乏しい酸化マンガン粒子内外で導電パスとして働くとともに，充放電時の体積変化に伴う凝集を抑制することを実証した。今回作製した多孔質粒子の細孔構造は固体電解質ナノ粒子との複合電極作製にも適用できることから，全固体電池用負極粒子への開発が期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究課題において予定していた設備導入は令和3年度までにおおむね終え，着実な研究遂行のための環境が整った。初年度までに得られた固体電解質ナノ粒子の調製ならびに結晶化反応の解析に関する成果を踏まえ，正極活物質との複合化や水蒸気焼成後の生成粒子の微構造評価に取り組んだ。また，初年度で得られた研究成果の公表を積極的に行い，日本セラミックス協会等において学会発表を行った。加えて，水蒸気焼成による粒子間の低温接合現象を活かし，多孔質電極材料の作製にも展開することができた。以上のことから，おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
固体電解質ナノ粒子と高電位正極活物質との複合電極粒子を作製し，界面での反応相低減を目指した水蒸気焼成による低温接合を検証する。さらに，作製した複合電極粒子を用いて全固体電池特性評価を実質する。水蒸気焼成による固体表面の状態変化を詳細に解析するため，XPSやin-situでのFTIR測定を検討する。
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