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2023 年度 研究成果報告書

全固体Li電池における超低抵抗界面創成:原子スケールで制御されたモデル界面構築

研究課題

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研究課題/領域番号 21K05256
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

西尾 和記  東京工業大学, 物質理工学院, 特任准教授 (60805117)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード超低抵抗界面 / 全固体Li電池 / 硫化物固体電解質-正極界面 / 清浄界面 / 薄膜型電池 / エピタキシャル薄膜
研究成果の概要

全固体Li電池における硫化物固体電解質と正極間の界面抵抗の起源を解明するために、清浄かつ原子レベルで規定された理想モデル界面を形成し定量的に研究した。そのため、硫化物固体電解質Li3PS4と様々な正極材料における界面抵抗を定量的に評価した。LiCoO2、NCA、LNMOなどの正極に対し、Li3PS4と界面を形成すると、正極側へSの拡散に伴う化学反応層が形成されることを元素分析から確認した。そして、そのような化学反応層の形成に伴い極めて高い界面抵抗を示し、電池動作しなかった。これらの結果から、界面抵抗の起源は、硫化物固体電解質と正極が接した際に形成される化学反応層であることを明らかにした。

自由記述の分野

固体物理、固体化学、全固体電池

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまでに硫化物固体電解質と正極間の界面抵抗の起源として空間電荷層、化学もしくは電気化学的に生成される反応層などが提唱されコンセンサスが得られていなかった。しかし、本研究によって理想的な清浄な界面を形成した場合に、界面抵抗の起源が化学反応層の生成に由来することを明らかにできた。起源を明らかにすることで、抵抗起源となる反応層生成を抑制するための界面設計を能動的に行うことが可能となる。さらに、反応層を抑制して低抵抗な界面を構築できることも実証できたことから、高速充放電できる全固体Li電池の向けて重要な知見が得られた。

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公開日: 2025-01-30  

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