2016 Fiscal Year Research-status Report
リチウムイオン伝導体酸化物バルク結晶の育成とイオン伝導へのドメイン抑制効果
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16K05930
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
田中 功 山梨大学, 総合研究部, 教授 (40155114)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | リチウムイオン伝導体 / チタン酸ランタンリチウム / ニオブ酸ランタンリチウム / TSFZ法 / バルク単結晶育成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高容量で安全性の高い全固体リチウムイオン二次電池の開発を目指して、分解溶融酸化物固溶体であるリチウムイオン伝導体酸化物のバルク結晶をTSFZ法により育成し異相のない最適な育成条件を明らかにするとともに、イオン伝導度の異方性やドメインの影響を調べることで、リチウムイオン伝導度劣化のメカニズムを明らかにすることを目的としている。
平成28年度は、チタン酸ランタンリチウムLa2/3-xLi3xTiO3 (LLTi)とニオブ酸ランタンリチウムLa(1-x)/3LixNbO3 (LLNb)のバルク結晶育成について溶媒組成などの育成条件の最適化を行うとともに、ドメインの抑制法を検討した。LLTiはLa2Ti2O7相と液相に分解溶融したことから、原料組成(x=0.117)よりLa2Ti2O7不足な組成の溶媒を用いてTSFZ法によりLLTi(x=0.117)の結晶育成を行ったところ、5 mol%La2Ti2O7不足組成の溶媒では育成初期部にLa2Ti2O7が異相として析出したが、10 mol%La2Ti2O7不足組成の溶媒においてLa2Ti2O7相の析出が抑制されていることが明らかになった。また、LLNbはLaNbO4相と液相に分解溶融したことから、原料組成(x=0.10)よりLaNbO4不足な組成の溶媒を用いてTSFZ法によりLLNb(x=0.10)の結晶育成を行ったところ、10 mol%LaNbO4不足組成の溶媒において溶媒量を0.3から0.5gに増加させ、育成速度を5 mm/hから3 mm/hに下げることで異相の析出を抑制できることが明らかになった。ドメインの抑制法として、元素置換では容易でないことが予備実験や論文調査から明らかになり、現在、結晶成長方位によるドメインへの影響を調べるために種結晶をTSFZ法により育成して成長方位の決定を行っている段階である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
TSFZ法によるLLTiおよびLLNbの単結晶育成に関しては、研究目的を達成する目途が立っている。しかし、結晶中のLi濃度の制御に関して、原料作製の段階でLi成分が蒸発している可能性があり、原料の焼成・焼結条件について再検討する必要が出てきた。また、ドメインの抑制法の検討については、種結晶の育成と結晶方位の決定に時間がかかっており、育成方位の効果を確認するまでに至っていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度に得られた結果を基にして、結晶育成に関してはLi濃度を変化させてリチウムイオン伝導体酸化物バルク結晶をTSFZ法により育成し、ドメイン制御に関しては結晶育成方位の影響を明らかにするとともに、強弾性構造相転移を利用して育成結晶への応力印加によるドメイン抑制の効果やイオン伝導度への影響を明らかにする。
結晶育成においては、種結晶を用いてTSFZ法によりLLTiとLLNbのバルク単結晶の育成を行い、Li濃度を制御するための最適な育成条件を決定し、均一組成の高品質バルク結晶を育成する。Li濃度を制御するにあたって、原料作製段階でのLi成分の蒸発を抑制するために、原料の焼成・焼結条件について再度検討する。
育成結晶中のドメイン抑制においては、高温からの冷却過程でも強弾性構造相転移によりドメインが形成されると考え、育成結晶に一軸加圧しながら加熱冷却することで、ドメインの変化やイオン伝導度への影響を明らかにする。
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