界面ポテンシャル制御による高性能酸化物系全固体電池の実現

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本研究は，酸化物系全固体リチウムイオン電池における電極‐電解質固体界面の局所的な電気化学ポテンシャルを精密に変調する「界面制御層」を介した新しい高速電荷移動モデルを提案する．具体的には，界面制御層の材料，構造パラメータが界面電気化学ポテンシャルに与える影響を明らかにし，酸化物固体界面における高速電荷移動を実現させることを目的とした．まず，界面制御層として，有機電解液系リチウムイオン電池で実績のある誘電体BaTiO3を用いて検討した．現状，酸化物系全固体電池は室温において，電極と電解質の界面抵抗が極めて高い．界面制御層の効果を正確に抽出するため，まずは界面電荷移動抵抗Rct 10kΩ・cm2以下を目指した．そこで本年度は，界面制御層の効果検証に用いる酸化物系全固体電池の構造最適化を図った．全固体電池は，電解質(Solid Electrolyte, SE)に電極合材を塗布させて作製するSE支持型電池と，電極粉末とSE粉末を同時焼結して得る一体焼結型電池の２通りで検討した．いずれも正極としてLiCoO2(LCO)，電解質(SE)としてガーネット型Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12(LLZT)を用いた．SE支持型においては，条件最適化の結果，Rct=2.9kΩ・cm2＠室温を達成した．一方，一体焼結電池では，交流周波数24GHzのミリ波照射による焼結プロセスを用いた．焼結プロセスの最適化により，最終的にRct=10kΩ・cm2@室温を得た．以上，開発・最適化したSE支持型電池がより高出力型の電池であったため，界面制御層の効果検証は，SE支持型電池を用いて次年度以降検討を行うことにした．