| 研究実績の概要 |
本研究では，高性能な全固体リチウム硫黄電池実現のため，(I) 固体電解質材料合成の多様化を実現し，(II) 液相法を用いて，三次元規則配列したメソ孔を有するカーボンレプリカ(CR)内へ，硫黄活物質，固体電解質を導入した正極複合体の合成を行った．
最終年度は，アルジロダイト型のLi6PS5X (X = Cl, Br)に着目し，液相合成とアルゴン気流下での焼成を組み合わせた，固体電解質合成プロセスを開発した．Li6PS5Xは溶媒中から析出した状態では，不純物が多く含まれるが，その後アルゴン気流下で550℃で焼成すると，アルジロダイト型相がほぼ単相で得られた．焼成後のイオン導電率は，組成によらず1 mS/cm以上の高い値を示した．また，液相合成とアルゴン気流下での焼成を組み合わせることで，1バッチの合成で5 g程度の均質な固体電解質が得られることを確認した．新プロセスで得られたLi6PS5Xの粒径を調べると，古典的な固相法で合成したLi6PS5X比べて，小さくかつサイズのそろった粒度分布を有することが分かった．特に，固相合成の場合は100マイクロメートルを超える粗大粒子が多く含まれるが，新プロセスでは50マイクロメートル以上の粒子はほぼ存在しない．こういった特徴から，硫黄－カーボンレプリカ(S-CR)と混合して正極複合体を作成する際に，凝集が進まず，均質なイオン導電経路が構築されると考えられる．最終的にS-CR-Li6PS5Xに加えて，ハロゲン化リチウム, 炭素材料などを混合し，CRの細孔径，各材料の重量比率や混合時間やプロセスを最適化することで，40サイクルにわたり800 mAh/g以上の高い放電容量を示す，正極複合体の構築を達成することができた．今後，複合体内の材料分布と電池性能の相関を解析することで，より高性能な複合体実現へ向けた定量的な指針獲得が期待される．
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