全固体Li電池の高出力化に向けた有機結晶固体電解質による電池の内部抵抗低減

分子結晶電解質(Li{N(SO2F)2}(NCCH2CH2CN)2)を用いた全固体Li電池の作製手法の改善により、①分子結晶電解質-LiCoO2薄膜正極界面におけるLiイオン移動抵抗の定量評価(24 Ω cm^2)、②既報の500倍の電流密度(0.5 mA cm^-2)での電池動作に成功した。さらに、分子結晶電解質-正極界面にLiイオン伝導性酸化物の緩衝層を導入することにより、分子結晶の電位窓上限(約4.0 V)を超える③4.3 Vまで充電しても、500サイクル以上、安定に動作可能な電池を作製した。具体的な電池作製手法の改善点を紹介する。これまで分子結晶層の作製には、加熱によって融解した分子結晶(融液)を正極上に塗布した後、室温まで放冷する手法を採用していた。しかしながら、この手法では正極-分子結晶界面抵抗が1.4 kΩ cm^2と高いことが課題であった。また、放冷による分子結晶の結晶化後に分子結晶層が目視で白濁していたことから、正極-分子結晶界面における物理的接触の改善が必要であることが示唆された。そこで本研究では、分子結晶のペレットを作製し、Li(箔)負極|分子結晶|正極構造に積層し、積層方向に加圧しながら、分子結晶の融点付近温度での熱処理を施すことによって(例えば、1 MPa、50 oC)、正極との界面における物理的接触の改善を試みた。その結果、上記①②③の結果を得るに結実した。

分子結晶電解質(Li{N(SO2F)2}(NCCH2CH2CN)2)を用いた全固体Li電池の作製手法の改善により、①分子結晶電解質-LiCoO2薄膜正極界面におけるLiイオン移動抵抗の定量評価(24 Ω cm^2)、②既報の500倍の電流密度(0.5 mA cm^-2)での電池動作に成功した。さらに、分子結晶電解質-正極界面にLiイオン伝導性酸化物の緩衝層を導入することにより、分子結晶の電位窓上限(約4.0 V)を超える③4.3 Vまで充電しても、500サイクル以上、安定に動作可能な電池を作製した。具体的な電池作製手法の改善点を紹介する。これまで分子結晶層の作製には、加熱によって融解した分子結晶(融液)を正極上に塗布した後、室温まで放冷する手法を採用していた。しかしながら、この手法では正極-分子結晶界面抵抗が1.4 kΩ cm^2と高いことが課題であった。また、放冷による分子結晶の結晶化後に分子結晶層が目視で白濁していたことから、正極-分子結晶界面における物理的接触の改善が必要であることが示唆された。そこで本研究では、分子結晶のペレットを作製し、Li(箔)負極|分子結晶|正極構造に積層し、積層方向に加圧しながら、分子結晶の融点付近温度での熱処理を施すことによって(例えば、1 MPa、50 oC)、正極との界面における物理的接触の改善を試みた。その結果、上記①②③の結果を得るに結実した。