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2021 年度 実績報告書

電気化学的に生成する電極と固体電解質の間の界面抵抗に関する研究

公募研究

研究領域蓄電固体デバイスの創成に向けた界面イオンダイナミクスの科学
研究課題/領域番号 20H05297
研究機関九州大学

研究代表者

猪石 篤  九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (10713448)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
キーワード全固体電池 / 水素化物 / その場形成固体電解質
研究実績の概要

固体電解質と電極の間の界面抵抗に関する研究を行った。酸化物系全固体電池では、電極と電解質の機能を有する材料を用いて単一材料で電池を構築できる系、特にLi1.5Cr0.5Ti1.5(PO4)3(LCTP)及びNa3V2(PO4)3(NVP)を検討した。LCTPは高いリチウムイオン伝導性を示すとともに正極及び負極としての機能を有し、焼結体の両面に集電体をとりつけるだけで高速で充放電が進行した。単一材料で作製した全固体電池は作製時に副反応が起こらないため低抵抗な界面となる。しかし、充電が十分に電池内部まで進行しないという課題がある。そこで、充電状態の両極の反応分布をX線吸収分光で確認したところ、中心部でより進行しているのに対し、外側では充電深度の浅い状況が確認された。
一方、NVPも同様に単一材料で全固体電池を作製できることを確認した。SEM-EDSにより電極表面の反応分布を確認したところ、中心部でより反応が進行し、外縁部は反応が十分に進んでいないことが分かった。
さらに、水素化物系負極材料(Mg(BH4)2やMgH2)について、放電でリチウムイオンを反応させることでリチウムイオン伝導性を有するLiBH4またはLiHが生成し、これが「その場形成固体電解質」として機能することで電極合材中に電解質を必要としないことが明らかとなった。このことにより、全固体電池のエネルギー密度が大幅に向上できる可能性が見出された。このような系では合材中の固体電解質は電気化学的に生成し、充放電時のLiH等の分布を観察することで界面抵抗と合材中の形態との関係を明らかにできる可能性がある。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2022 2021

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

  • [雑誌論文] High capacity all-solid-state lithium battery enabled by in situ formation of an ionic conduction path by lithiation of MgH22022

    • 著者名/発表者名
      Inoishi Atsushi、Sato Hiroki、Chen Yixin、Saito Hikaru、Sakamoto Ryo、Sakaebe Hikari、Okada Shigeto
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 12 ページ: 10749~10754

    • DOI

      10.1039/D2RA01199A

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The in situ formation of an electrolyte via the lithiation of Mg(BH4)2 in an all-solid-state lithium battery2021

    • 著者名/発表者名
      Sato Hiroki、Sakamoto Ryo、Minami Hironari、Izumi Hiroaki、Ideta Keiko、Inoishi Atsushi、Okada Shigeto
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 ページ: 2605~2608

    • DOI

      10.1039/D0CC08366F

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Na3BO3 Addition into Na3V2(PO4)3 Single-Phase All-Solid-State2021

    • 著者名/発表者名
      NISHIO Akira、SHIRAI Nobuaki、MINAMI Hironari、IZUMI Hiroaki、INOISHI Atsushi、OKADA Shigeto
    • 雑誌名

      Electrochemistry

      巻: 89 ページ: 244~249

    • DOI

      10.5796/electrochemistry.21-00023

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 水素化物負極のリシエーション過程における固体電解質自己生成機構2021

    • 著者名/発表者名
      猪石篤、陳伊新、佐藤寛基、坂本遼、泉博章、南浩成、栄部比夏里、岡田重人
    • 学会等名
      第62回電池討論会

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公開日: 2022-12-28  

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