Development of innovative materials for all-solid-state Na/S batteries that operate at room temperature

开发室温下运行的全固态Na/S电池的创新材料

• 批准号: 21H04701
• 负责人: 林 晃敏
• 金额: $ 27.37万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04701/
• 关键词: 全固体電池; 固体電解質; ナトリウム－硫黄電池; ナトリウムー硫黄電池

今年度はNa金属負極界面に適した硫化物電解質の開発に注力した。Na金属による連続的な電解質の還元分解を回避するためには、Na金属との界面で形成される反応相がNa合金相などの電子伝導性をもつ物質（例えばナトリウム合金など）を含まないことが重要であると考えた。この設計指針に基づいて、Naと電気化学的な合金形成が報告されていない元素、例えばホウ素やケイ素などを中心元素とする硫化物電解質に着目した。ナトリウムイオンを高含有するNa3BS3やNa4SiS4ガラスを作製したところ、室温で10-5 S cm-1以上の導電率を示した。またこれらを電解質として用いたNa金属対称セルを60℃で定電流サイクル試験を行ったところ、可逆なNa金属の溶解・析出が観測され、安定な界面形成が可能であることが明らかになった。またこれら硫化物電解質の大量合成プロセスについても検討した。比較的高沸点の多硫化ナトリウム融液を介したプロセスを用いることによって、封管を必要としない常圧での熱処理によってNa3BS3ガラスを合成できることを見出した。この手法を用いて作製したガラスは主にBS33-ユニットで構成されており、従来報告されているものと同様の局所構造や導電率を持つことを確認した。またNa2.88Sb0.88W0.12S4電解質の負極側に、還元分解を抑制する目的でNa3BS3ガラス層を挿入した全固体セルは、高いサイクル特性を示すことがわかった。また、メカノケミカル法を用いて塩化物電解質Na3－xIn1－xZrxCl6を作製した。従来報告されていた三方晶系Na3InCl6とは異なり、Na3YCl6に類似した単斜晶系の新規な結晶相が得られ、10－5 S cm－1レベルの比較的高い室温導電率を示した。

This year, the Na metal electrode interface is suitable for the development of sulfide electrolyte. The electrolyte of Na metal is decomposed to avoid the formation of Na alloy phase and the electron conductivity of Na alloy. This design indicates that the alloy formation of the base metal and the electrolyte of the base metal is reported. High content of Na3BS3 or Na4SiS4 and high conductivity of 10-5 S cm-1 at room temperature For example, when the electrolyte is used, the Na metal is mixed, and the constant current is 60℃, the Na metal is dissolved, precipitated, and stabilized. A large number of sulfide electrolytes are synthesized in the presence of a catalyst. Compared with high boiling point polysulfide solution, high boiling point polysulfide solution is necessary for heat treatment of high boiling point polysulfide solution. This method is used to control the electrical conductivity of the BS33-based structure. For the purpose of suppressing the decomposition of Na2.88Sb0.88W0.12S4 electrolyte on the electrode side, the Na3BS3 layer is incorporated into the all-solid state, and the high-purity characteristics are shown. The electrolyte Na3-xIn1-xZrxCl6 was used to prepare the electrolyte by the method of "". In this paper, we report that the trigonal Na3InCl6 and Na3YCl6 crystal phases are similar to those of the monoclinic system, and the conductivity at room temperature is relatively high at 10-5 S cm-1.

项目成果

還元安定性を有する硫化物電解質とハードカーボン負極を用いた全固体ナトリウム電池の作製

使用还原稳定硫化物电解质和硬碳负极制备全固态钠电池

• 发表时间: 2021
• 作者: 松山 樹立;北沢 優悟;岩渕 望; 松本 旺樹;山本桐也;前島 健作;大島 研郎;難波 成任;山次 康幸;吉田 航・奈須 滉・作田 敦・辰巳砂昌弘・林 晃敏
• 通讯作者: 吉田 航・奈須 滉・作田 敦・辰巳砂昌弘・林 晃敏

メカノケミカル法を用いたNa3-xIn1-xZrxCl6固体電解質の作製と評価

机械力化学法制备Na3-xIn1-xZrxCl6固体电解质并评价

• 发表时间: 2021
• 作者: Kumita Kohei;Kitazawa Yugo;Tokuda Ryosuke;Miyazaki Akio;Maejima Kensaku;Namba Shigetou;Yamaji Yasuyuki;金山喜則;岡田侑也・木村拓哉・作田 敦・林 晃敏
• 通讯作者: 岡田侑也・木村拓哉・作田 敦・林 晃敏

Characterizing the Structural Change of Na3PS4 Solid Electrolytes upon Humid N2 Atmosphere

表征潮湿 N2 气氛下 Na3PS4 固体电解质的结构变化

• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Physical Chemistry C
• 影响因子: 3.7
• 作者: NAKANO Takumi;KIMURA Takuya;SAKUDA Atsushi;TATSUMISAGO Masahiro;HAYASHI Akitoshi
• 通讯作者: HAYASHI Akitoshi

ナトリウムイオン伝導性硫化物電解質に関する先駆的研究

钠离子导电硫化物电解质的开创性研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 二股良太;木下政人;木岡紀幸;植田和光;K. Oyaizu;林 晃敏
• 通讯作者: 林 晃敏

無機ガラス材料を用いた全固体電池の開発

采用无机玻璃材料的全固态电池的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: ジョンジフン;キムヒョンド;大北英生;林 晃敏
• 通讯作者: 林 晃敏