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2012 年度 実績報告書

全固体電池の実用化に向けた高イオン伝導性ガラスセラミックスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 21246098
研究機関大阪府立大学

研究代表者

辰巳砂 昌弘  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50137238)

研究分担者 忠永 清治  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90244657)
林 晃敏  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10364027)
研究期間 (年度) 2009-04-01 – 2013-03-31
キーワード固体電解質 / 硫化物電解質 / ガラス / ガラスセラミックス / 全固体電池 / リチウム電池
研究概要

今年度は従来検討を行ってきたLi2S-P2S5系にLiBH4を添加した新規なガラス及びガラスセラミック電解質の作製を行った。 (100-x)(0.75Li2S・0.25P2S5)・xLiBH4 (mol %) 組成の出発原料混合物に対してメカノケミカル処理を行った結果、0 ≦ x ≦ 33の組成範囲ではガラスが得られ、x > 33の組成範囲においては、Argyrodite結晶Li6PS5X (X = Cl, Br, I)に類似の新たな結晶のパターンが観測された。ガラスが得られた組成範囲では、xの増加とともに導電率も増大し、x=33ガラスは室温で1.6×10-3 S cm-1の最大の導電率を示した。一方、新規なArgyrodite類似結晶が析出したx=50電解質についても、ほぼ同じ導電率を示すことがわかった。x=33ガラスを電解質に用いることによって、金属リチウム負極を備えた全固体Li/TiS2セルが二次電池として作動することが明らかになった。
これまでの検討で見出してきた、金属酸化物の添加と酸化物置換によるガラス構造の修飾を組み合わせることによって、硫化物電解質のより一層の大気安定性向上を図った。75Li2S・15P2S5・10P2O5 (mol%)ガラスへ10mol%のZnOナノ粒子を添加することによって、大気中におけるH2S発生をより一層抑制することができた。これらガラス複合体を固体電解質に用いた全固体In/LiCoO2セルが充放電可能であり、50サイクル後においても75 mAh g-1の容量を保持することがわかった。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (20件) (うち査読あり 16件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] ガラス系リチウムイオン伝導体開発と全固体電池への応用2013

    • 著者名/発表者名
      辰巳砂昌弘
    • 雑誌名

      化学と工業

      巻: 65 [5] ページ: 393-395

  • [雑誌論文] All-Solid-State Lithium Secondary Batteries using NiS-Carbon Fiber Composite Electrodes Coated with Li2S-P2S5 Solid Electrolytes by Pulsed Laser Deposition2013

    • 著者名/発表者名
      K. Aso
    • 雑誌名

      ACS Appl, Mater. Interfaces

      巻: 5 ページ: 686-690

    • DOI

      10.1021/am302164e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] All-Solid-State Lithium Secondary Batteries using the 75Li2S•25P2S5 Glass and the 70Li2S•30P2S5 Glass-Ceramic as Solid Electrolytes2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ohtomo
    • 雑誌名

      J. Power Sources

      巻: 222 ページ: 231-235

    • DOI

      10.1016/j.jpowsour.2013.01.090

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characteristics of the Li2O-Li2S-P2S5 Glasses Synthesized by the Two-Step Mechanical Milling2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ohtomo
    • 雑誌名

      J. Non-Cryst. Solids

      巻: 364 ページ: 57-61

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2012.12.044

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochemical Performance of All-Solid-State Li/S Batteries with Sulfur-Based Composite Electrodes Prepared by Mechanical Milling at High Temperature2013

    • 著者名/発表者名
      M. Nagao
    • 雑誌名

      Energy Technol.

      巻: 1 [2-3] ページ: 186-192

    • DOI

      10.1002/ente.201200019

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High Rate Performance, Wide Temperature Operation and Long Cyclability of All-Solid-State Rechargeable Lithium Batteries Using Mo-S Chevrel-Phase Compound2013

    • 著者名/発表者名
      M. Nagao
    • 雑誌名

      J. Electrochem. Soc.

      巻: 160 [6] ページ: A819-A823

    • DOI

      10.1149/2.058306jes

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation and Ionic Conductivity of (100-x)(0.8Li2S・0.2P2S5)•xLiI Glass-Ceramic Electrolytes2013

    • 著者名/発表者名
      S. Ujiie
    • 雑誌名

      J. Solid State Electrochem.

      巻: 17 ページ: 675-680

    • DOI

      10.1007/s10008-012-1900-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Invited Paper: Recent Development of Bulk-Type Solid-State Rechargeable Lithium Batteries with Sulfide Glass-Ceramic Electrolytes2012

    • 著者名/発表者名
      A. Hayashi
    • 雑誌名

      Electron. Mater. Lett.

      巻: 8 [2] ページ: 199-207

    • DOI

      10.1007/s13391-012-2038-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] High-Capacity Li2S-Nanocarbon Composite Electrode for All-Solid-State Rechargeable Lithium Batteries2012

    • 著者名/発表者名
      M. Nagao
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem.

      巻: 22 [19] ページ: 10015-10020

    • DOI

      10.1039/c2jm16802b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] All-Solid-State Lithium Secondary Batteries with Metal-Sulfide-Coated LiCoO2 Prepared by Thermal Decomposition of Dithiocarbamato Complexes2012

    • 著者名/発表者名
      A. Sakuda
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem.

      巻: 22 [30] ページ: 15247-15254

    • DOI

      10.1039/c2jm32490c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Favorable Interface between Sulfide Solid Electrolyte and Li Metal Electrode for Bulk-Type Solid-State Li/S Battery2012

    • 著者名/発表者名
      M. Nagao
    • 雑誌名

      Electrochem. Commun.

      巻: 22 [1] ページ: 177-180

    • DOI

      10.1016/j.elecom.2012.06.015

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Superionic Glasses and Glass-Ceramics in the Li2S-P2S5 System for All-Solid-State Lithium Secondary Batteries2012

    • 著者名/発表者名
      M. Tatsumisago
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 225 [4] ページ: 342-345

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2012.03.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of NiS-Carbon Fiber Composites in High-Boiling Solvent to Improve Electrochemical Performance in All-Solid-State Lithium Secondary Batteries2012

    • 著者名/発表者名
      K. Aso
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 83 ページ: 448-453

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2012.07.088

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of Amorphous TiSx Thin Film Electrodes by the PLD Method and Their Application to All-Solid-State Lithium Secondary Batteries2012

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuyama
    • 雑誌名

      J. Mater. Sci.

      巻: 47 [18] ページ: 6601-6606

    • DOI

      10.1007/s10853-012-6594-9

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Amorphous Titanium Sulfide Electrode for All-Solid-State Rechargeable Lithium Batteries with High Capacity2012

    • 著者名/発表者名
      A. Hayashi
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 41 [9] ページ: 886-888

    • DOI

      10.1246/cl.2012.886

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bulk-Type Lithium Metal Secondary Battery with Indium Thin Layer at Interface between Li Electrode and Li2S-P2S5 Solid Electrolyte2012

    • 著者名/発表者名
      M. Nagao
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 80 [10] ページ: 734-736

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.80.734

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bulk-Type All-Solid-State Lithium Secondary Battery with Li2S-P2S5 Thin-Film Separator2012

    • 著者名/発表者名
      A. Sakuda
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 80 [10] ページ: 839-841

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.80.839

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 全固体電池の実用化に向けた硫化物ガラス系材料の開発2012

    • 著者名/発表者名
      辰巳砂昌弘
    • 雑誌名

      電気ガラス

      巻: 46 ページ: 8-13

  • [雑誌論文] 全固体電池の最前線 ―いま世界でどこまで進展しているか?2012

    • 著者名/発表者名
      辰巳砂昌弘
    • 雑誌名

      化学

      巻: 67 [7] ページ: 19-23

  • [雑誌論文] 全固体電池への応用に向けたイオン伝導ガラスの開発2012

    • 著者名/発表者名
      林 晃敏
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 63 [10] ページ: 34-38

  • [学会発表] 電極活物質としてLi2S-P2S5系硫化物を用いた全固体電池の充放電特性2013

    • 著者名/発表者名
      計 賢
    • 学会等名
      電気化学会第80回大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20130329-20130331
  • [学会発表] PLD法によるLi2S-GeS2-P2S5系固体電解質薄膜の作製とバルク型全固体電池への応用2013

    • 著者名/発表者名
      伊東裕介
    • 学会等名
      電気化学会第80回大会
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      20130329-20130331
  • [学会発表] Li2S-P2S5系をベースとする硫化物ガラス電解質のヤング率の評価2013

    • 著者名/発表者名
      林 晃敏
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      草津
    • 年月日
      20130322-20130325
  • [学会発表] Li2S-P2S5系固体電解質の緻密成型体の作製とヤング率評価2013

    • 著者名/発表者名
      作田 敦
    • 学会等名
      日本セラミックス協会2013年年会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20130317-20130319
  • [学会発表] Development of All-Solid-State Lithium Batteries with Sulfide Solid Electrolytes2013

    • 著者名/発表者名
      林 晃敏
    • 学会等名
      International Battery Association Meeting (IBA2013)
    • 発表場所
      スペイン
    • 年月日
      20130311-20130315
    • 招待講演
  • [学会発表] PLD法によるLi2S-GeS2-P2S5系固体電解質薄膜の作製とその評価2012

    • 著者名/発表者名
      伊東裕介
    • 学会等名
      第38回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20121203-20121205
  • [学会発表] 高リチウムイオン伝導性Li2S-P2S5-LiBH4系ガラスセラミックスの作製と評価2012

    • 著者名/発表者名
      山内章裕
    • 学会等名
      第38回固体イオニクス討論会
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20121203-20121205
  • [学会発表] All-Solid-State Lithium Secondary Batteries with Amorphous TiS3 Electrode and Sulfide Solid Electrolyte2012

    • 著者名/発表者名
      松山拓矢
    • 学会等名
      2012 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      米国
    • 年月日
      20121125-20121130
  • [学会発表] 全固体リチウム二次電池におけるアモルファスTiS3電極のキャラクタリゼーション2012

    • 著者名/発表者名
      松山拓矢
    • 学会等名
      第53回電池討論会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20121114-20121116
  • [学会発表] 全固体リチウム電池の構築にむけたLi2S-P2S5系ガラス電解質の機械的特性評価2012

    • 著者名/発表者名
      林 晃敏
    • 学会等名
      第53回電池討論会
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      20121114-20121116
  • [学会発表] Development of Sulfide Glass Electrolytes for All-Solid-State Lithium Batteries2012

    • 著者名/発表者名
      林 晃敏
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME2012)
    • 発表場所
      米国
    • 年月日
      20121007-20121012
    • 招待講演
  • [学会発表] Preparation of All-Solid-State Batteries Using (100-x)(0.75Li2S・0.25P2S5)・xLiBH42012

    • 著者名/発表者名
      山内章裕
    • 学会等名
      IUMRS-ICEM 2012
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      20120923-20120928
  • [学会発表] Preparation of Li2S-GeS2 Solid Electrolyte Thin Films using Pulsed Laser Deposition2012

    • 著者名/発表者名
      伊東裕介
    • 学会等名
      16th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB2012)
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      20120617-20120622
  • [学会発表] Electrochemical Performance of All-Solid-State Li/S Batteries with Sulfur-Based Composite Electrodes Prepared by Mechanical Milling at High Temperature2012

    • 著者名/発表者名
      長尾元寛
    • 学会等名
      16th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB2012)
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      20120617-20120622
  • [学会発表] Preparation and Ionic Conductivities of (100-x)(0.75Li2S-0.25P2S5)・xLiBH4 Glass Electrolytes2012

    • 著者名/発表者名
      山内章裕
    • 学会等名
      16th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB2012)
    • 発表場所
      韓国
    • 年月日
      20120617-20120622
  • [学会発表] PLD法を用いたLi2S-GeS2-P2S5系固体電解質薄膜の作製2012

    • 著者名/発表者名
      伊東裕介
    • 学会等名
      第14回化学電池材料研究会ミーティング
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20120612-20120613
  • [図書] レアメタルフリー二次電池の最新技術動向2013

    • 著者名/発表者名
      辰巳砂昌弘
    • 総ページ数
      115-124
    • 出版者
      シーエムシー出版
  • [備考] 大阪府立大学 大学院工学研究科 応用化学分野 無機化学研究グループ

    • URL

      http://www.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/ohka2/index.html

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公開日: 2014-07-24  

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