• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2021 年度 実績報告書

高耐湿性/イオン導電率の両立に向けた全固体電池用新規硫化物ガラス電解質の探索

研究課題

研究課題/領域番号 20K22558
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

乙山 美紗恵  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究員 (50880746)

研究期間 (年度) 2020-09-11 – 2022-03-31
キーワード全固体リチウム電池 / 硫化物固体電解質 / 耐湿性評価 / ガラス / ガラスセラミックス / イオン伝導体
研究実績の概要

本研究では、高耐湿性と高イオン導電率を両立できる硫化物固体電解質を開発した。Li4SnS4電解質は、耐湿性の高い材料として報告されているが、室温でのイオン導電率が低い(10-5 S cm-1オーダー)ことが課題として挙げられる。そこで、Li4SnS4よりも高い室温イオン導電率(4 × 10-4 S cm-1)を示すLi3PS4や、分極率の大きなLiIなどの他の成分をLi4SnS4に対して混合することで、導電率の向上を目指した。特に、Li3PS4にLi4SnS4を少量添加し、熱処理によりガラスセラミックスとすることで、9×10-4 S cm-1程度まで室温イオン導電率が向上することを明らかにした。X線回折測定、ラマン分光分析、PDF解析等の各種構造評価により、高いイオン導電率を示した原因は、構造中にSnS4四面体を含むことにより、格子体積が増加し、イオン伝導に有利な構造になっているためであると考察した。これらの新規電解質を用いて、全固体電池を構築したところ、従来使用されてきた電解質を用いた場合よりも電池性能が向上することを確認した。
作製した新規電解質の耐湿性の評価として、調湿した大気環境下で曝露した際に発生する硫化水素量を測定した。特に、0.3Li4SnS4・0.7Li3PS4の組成では水溶液の状態で曝露してもほとんど硫化水素が発生しないことがわかった。また、耐湿性の評価方法として、調湿したガスをフローさせて硫化水素発生量を評価する方法も検討した。今後は、他の構造評価を組み合わせた試験方法の確立を進めていく予定である。
このように、Li4SnS4を含む新規電解質を作製し、高い耐湿性と高いイオン導電率を両立できることを実証した。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] A systematic study on structure, ionic conductivity, and air-stability of xLi4SnS4・(1-x)Li3PS4 solid electrolytes2021

    • 著者名/発表者名
      Otoyama Misae、Kuratani Kentaro、Kobayashi Hironori
    • 雑誌名

      Ceramics International

      巻: 47 ページ: 28377~28383

    • DOI

      10.1016/j.ceramint.2021.06.255

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanochemical synthesis of air-stable hexagonal Li4SnS4-based solid electrolytes containing LiI and Li3PS42021

    • 著者名/発表者名
      Otoyama Misae、Kuratani Kentaro、Kobayashi Hironori
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 ページ: 38880~38888

    • DOI

      10.1039/d1ra06466e

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Mechanochemical Synthesis and Characterization of xLi4SnS4・(1-x)Li3PS4 Solid Electrolytes2021

    • 著者名/発表者名
      Otoyama Misae, Kuratani Kentaro, Kobayashi Hironori
    • 学会等名
      240th ECS Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] メカノケミカル法により合成したxLi4SnS4・(1-x)Li3PS4電解質の耐湿性とリチウムイオン伝導性の評価2021

    • 著者名/発表者名
      乙山 美紗恵, 倉谷 健太郎, 小林 弘典
    • 学会等名
      第62回電池討論会
  • [学会発表] Mechanochemical Synthesis and Characterization of Hexagonal Li4SnS4-Based Solid Electrolytes2021

    • 著者名/発表者名
      Otoyama Misae, Kuratani Kentaro, Kobayashi Hironori
    • 学会等名
      2021 MRS Fall Meeting
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2022-12-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi