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

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21246098
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 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, 大学院・工学研究科, 教授 (50137238)
• 研究分担者: 忠永 清治 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90244657) ; 林 晃敏 大阪府立大学, 大学院・工学研究科, 助教 (10364027)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• 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

Li_2S-P_2S_5 系をベースとするガラスの作製方法、結晶化条件、組成を詳細に調べることによって、室温で 5×10^<-3>S cm^<-1>以上の高い導電率を示す硫化物ガラスセラミックスを作製した。またこれまでほとんど検討されていない硫化物電解質の大気安定性の評価方法を確立した。Li_2S 含量 75mol%組成の電解質が比較的大気安定性の高いことを見出し、さらに金属酸化物との複合化によって、大気安定性を向上させることができた。得られた電解質を用いた全固体リチウム電池が、サイクル性に優れた二次電池として作動することがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Improvement of Chemical Stability of Li_3PS_4 Glass Electrolytes by Adding M_xO_y(M = Fe, Zn, and Bi) Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Hayashi, H. Muramatsu, T. Ohtomo, S. Hama and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: Vol. 1 ページ: 6320-6326
  • 査読あり
• [雑誌論文] Invited Paper: Recent Development of Bulk-Type Solid-State Rechargeable Lithium Batteries with Sulfide Glass-Ceramic Electrolytes (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Hayashi and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: Electron. Mater. Lett 巻: Vol.8, No.2 ページ: 199-207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superionic Glasses and Glass-Ceramics in the Li_2S-P_2S_5 System for All-Solid-State Lithium Secondary Batteries, Solid State Ionics (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tatsumisago and A. Hayashi
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: Vol.225, No.4 ページ: 342-345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Electrode-Electrolyte Interfaces in All-Solid-State Rechargeable Lithium Batteries by Using a Supercooled Liquid State of the Glassy Electrolytes (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Kitaura, A. Hayashi, T. Ohtomo, S. Hama and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. 巻: Vol.21, No.1 ページ: 118-124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Change of Li_2S-P_2S_5 Sulfide Solid Electrolytes in the Atmosphere (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Muramatsu, A. Hayashi, T. Ohtomo, S. Hama and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: Vol.182, No.1 ページ: 116-119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical and Electrochemical Properties of Glass-Ceramic Electrolytes in the Systems Li_2S-P_2S_5-P_2S_3 and Li_2S-P_2S_5-P_2O_5 (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Minami, A. Hayashi, S. Ujiie and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: Vol.192, No.1 ページ: 122-125
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization Process for Superionic Li_7P_3S_<11> Glass-Ceramic Electrolytes (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Minami, A. Hayashi and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Am. Ceram. Soc. 巻: Vol.94, No.6 ページ: 1779-1783
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Characterization of Superionic Conducting Li_7P_3S_11Crystal from Glassy Liquids (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Minami, A. Hayashi and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Ceram. Soc. Jpn. 巻: Vol.118, No.4 ページ: 305-308
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of Sulfide Glass-Ceramic Electrolytes for All-Solid-State Lithium Rechargeable Batteries (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Hayashi, K. Minami and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Solid State Electrochem 巻: Vol.14, No.10 ページ: 1761-1767
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Characterization of Lithium Ion Conducting Li_2S-P_2S_5-GeS_2 Glasses and Glass-Ceramics (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Minami, A. Hayashi and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Non -Cryst. Solids 巻: Vol.356 ページ: 2666-2669
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Ionic Conductivity of Li_7P_3S_<11>-z Glass-Ceramic Electrolytes (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Hayashi, K. Minami, S. Ujiie and M. Tatsumisago
  • 雑誌名: J. Non -Cryst. Solids 巻: Vol.356 ページ: 2670-2673
  • 査読あり
• [学会発表] Development of All-Solid-State Lithium Batteries with Sulfide Solid Electrolytes (2013)
  • 著者名/発表者名: 林 晃敏
  • 学会等名: International Battery Association Meeting (IBA2013) (キーノート講演)
  • 発表場所: スペイン, バルセロナ
  • 年月日: 2013-03-11
• [学会発表] 高リチウムイオン伝導性 Li_2S-P_2S_5-LiBH_4 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, 作田 敦, 林 晃敏, 北村尚斗, 井手本康, 辰巳砂昌弘
  • 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: 2012-12-03
• [学会発表] Development of Sulfide Glass Electrolytes for All-Solid-State Lithium Batteries (2012)
  • 著者名/発表者名: 林 晃敏, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science (PRiME2012) (招待講演)
  • 発表場所: アメリカ合衆国, ハワイ
  • 年月日: 2012-10-07
• [学会発表] All-Solid-State Batteries Using Sulfide Glass-Ceramic Electrolytes, 6th KIFEE International Symposium on Environment (2012)
  • 著者名/発表者名: 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: Energy and Materials (招待講演)
  • 発表場所: ノルウェー, トロンドハイム
  • 年月日: 2012-09-09
• [学会発表] Preparation and Ionic Conductivities of (100-x)(0.75Li_2S・0.25P_2S_5) ・ xLiBH_4Glass Electrolytes (2012)
  • 著者名/発表者名: 山内章裕, 作田 敦, 林 晃敏, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 16th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB2012)
  • 発表場所: 韓国, 済州
  • 年月日: 2012-06-17
• [学会発表] ガラス電解質 (100-x)(0.75Li_2S ・0.25P_2S_5)・xLiBH_4 の作製とそのイオン伝導度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山内章裕, 作田 敦, 林 晃敏, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 電気化学会第79回大会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] 無機固体電解質を用いた全固体リチウム二次電池 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 日本化学会第92春季年会 (特別講演)
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Superionic Glasses and Glass-Ceramics for All-Solid-State Batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: 辰巳砂昌弘 , 林 晃敏
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid State Ionics (SSI-18)(招待講演)
  • 発表場所: ポーランド, ワルシャワ
  • 年月日: 2011-07-03
• [学会発表] Stability in Air and Structure Change of Li_2S-P_2S_5 Based Solid Electrolytes for All-Solid-State Rechargeable Lithium Batteries (2011)
  • 著者名/発表者名: 林 晃敏, 村松弘将, 大友崇督, 濱 重規 , 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 18th International Conference on Solid State Ionics (SSI-18)(招待講演
  • 発表場所: ポーランド, ワルシャワ
  • 年月日: 2011-07-03
• [学会発表] Li_2S-P_2S_5 系ガラスをベースとする固体電解質の大気安定性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 村松弘将, 林 晃敏, 大友崇督, 濱 重規, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] 異種元素置換した Li_7P_3S_<11> 固体電解質の特性と構造 (2009)
  • 著者名/発表者名: 南 圭一, 林 晃敏, 氏家 諭 , Seth Barbano, Steve W. Martin, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 第35回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2009-12-07
• [学会発表] Development of All-Solid-State Lithium Secondary Batteries with Sulfide Glass-Ceramic Electrolytes (2009)
  • 著者名/発表者名: 林 晃敏, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 216th ECS Meeting(招待講演)
  • 発表場所: オーストリア, ウィーン
  • 年月日: 2009-10-04
• [学会発表] 大気中におけるLi_2S-P_2S_5-P_2O_5 系固体電解質の構造変化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 村松弘将, 南 圭一, 林 晃敏, 濱 重規 , 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 2009年電気化学秋季大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-09-10
• [学会発表] Preparation and Ionic Conductivity of Li_7P_3S_<11>-z Glass-Ceramic Electrolytes (2009)
  • 著者名/発表者名: 林 晃敏, 南 圭一, 氏家 諭, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: International Conference on the Physics of Non-Crystalline Solids (PNCS XII)
  • 発表場所: ブラジル, イグアス
  • 年月日: 2009-09-06
• [学会発表] Electrical and Electrochemical Properties of Glass-Ceramic Electrolytes in the Systems Li_2S-P_2S_5-P_2S_3 and Li_2S-P_2S_5-P_2O_5 (2009)
  • 著者名/発表者名: 南 圭一, 林 晃敏, 氏家 諭, 辰巳砂昌弘
  • 学会等名: 17th International Conference on Solid State Ionics (SSI-17)
  • 発表場所: カナダ, トロント
  • 年月日: 2009-06-28
• [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, 長尾元寛, 林 晃敏
  • 総ページ数: 115-124
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 粉体技術と次世代電池開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 辰巳砂昌弘, 林 晃敏
  • 総ページ数: 263-273
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 全固体電池開発の最前線 (2011)
  • 著者名/発表者名: 辰巳砂昌弘, 林 晃敏
  • 総ページ数: 19-25
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考]
  • URL: http://www.chem.osakafu-u.ac.jp/ohka/ohka2/
• [産業財産権] 硫化物固体電解質 (2009)
  • 発明者名: 辰巳砂昌弘 他4名
  • 権利者名: 大阪府立大学 他1名
  • 産業財産権番号: 特許公開2011-57500
  • 出願年月日: 2009-09-09