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

通过界面电位控制实现高性能氧化物基全固态电池

• 批准号: 21H01625
• 负责人: 寺西 貴志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Okayama University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01625/
• 关键词: 界面制御層; リチウムイオン電池; 酸化物系全固体電池; 誘電体界面; 出力特性; 界面抵抗; 電気化学ポテンシャル; Li化学ポテンシャル; リチウムイオン; 酸化物系全個体電池; 誘電体

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．

は, acidification system all solid リ チ ウ ム イ オ ン battery に お け る electrode ‐ solid electrolyte interface の bureau な electric 気 chemical ポ テ ン シ ャ ル を precision に - adjustable す る suppression "interface layer" を interface し た new し い high-speed mobile charge モ デ ル を proposal す る. Specific に は, interface の suppression layer materials, structural パ ラ メ ー タ が interface electric chemical ポ 気 テ ン シ ャ ル に and え る influence を Ming ら か に し, acidification content solid interface に お け る high-speed mobile charge を be presently さ せ る こ と を purpose と し た. Suppression ま ず, interface layer と し て, organic electrolyte リ チ ウ ム イ オ ン battery で be performance の あ る induced electricity body BaTiO3 を with い て beg し 検 た. The current situation is that the acid system all-solid battery has a <s:1> room temperature にお にお て て, and the interface resistance between the electrode と and the electrolyte <s:1> is extremely が and めて is very high めて. Interface layer suppression の unseen fruit を に right out す る た め, ま ず は interface charge mobile resistance Rct under 10 k Ω · cm2 を refers し た. Youdaoplaceholder0 った で で this year そ, the interface control layer <s:1> performance results 検 prove に optimization of the structure of all-solid batteries using <s:1> る acidified materials を figure った. All Solid は, battery Electrolyte, Solid Electrolyte, SE) に を coated electrode and material さ せ て cropping す る と SE support type battery, electrode powder と SE powder を and at the same time 焼 し て have る 焼 integrated junction battery の 2 tong り で beg し 検 た. The positive と い ず れ も し て LiCoO2 (LCO), the electrolyte (SE) と し て ガ ー ネ ッ ト type Li6.5 La3Zr1. 5 ta0. 5 o12 (LLZT) を い た. SE support type にお にお て て, conditional optimization <s:1> results, Rct=2.9kΩ · cm2 @ room temperature を achieved た た. On one side, an integrated 焼 junction battery で, with an alternating frequency of 24GHz, is used to irradiate the による焼 junction with <s:1> た waves. The 焼 node プロセス 焼 optimizes によ, and the final にRct=10kΩ · cm ² @ room temperature を gives た. Above, optimal open 発 · し た SE support type battery が よ り higher force type の battery で あ っ た た め, interface layer suppression の unseen fruit 検 は, SE support type battery を with い て in second year 検 line for を う こ と に し た.

项目成果

誘電体ナノ粒子を利用したリチウムイオン電池の超高出力化

使用介电纳米颗粒的锂离子电池的超高输出

• 发表时间: 2021
• 作者: Wang Yong;Ohsawa Takeo;Alnjiman Fahad;Pierson Jean-Francois;Ohashi Naoki;寺西 貴志
• 通讯作者: 寺西 貴志

Capacity retention improvement of LiCoO2 cathodes via their laser-ablation-based nanodecoration by BaTiO3 nanoparticles

通过 BaTiO3 纳米颗粒的激光烧蚀纳米修饰提高 LiCoO2 阴极的容量保持率

• DOI: 10.1063/5.0075970
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Applied Physics
• 影响因子: 3.2
• 作者: T. Teranishi;Y. Yoshikawa;J. L-Lavoie;N. Delegan;I. Ka;A. Kishimoto;M. A. El Khakani
• 通讯作者: M. A. El Khakani

誘電体ナノキューブ界面を介した Li イオンの高速輸送

通过介电纳米立方体界面快速传输锂离子

• 发表时间: 2021
• 作者: S. Kanazawa;Y. Oaki;H. Imai;寺西貴志，山中亮治， 三村憲一，加藤一実， 近藤真矢，岸本昭
• 通讯作者: 寺西貴志，山中亮治， 三村憲一，加藤一実， 近藤真矢，岸本昭

誘電体を介したリチウムイオン電池界面の高速電荷移動

通过电介质在锂离子电池接口处进行快速电荷传输

• 发表时间: 2021
• 作者: 寺西 貴志，山中 亮治，近藤 真矢，岸本 昭，三村 憲一，加藤 一実，安原 颯，安井 伸太郎

岡山大学プレスリリース ～ナノ立方体ブロックでリチウムイオン電池の充放電時間を大幅に短縮～

冈山大学新闻稿〜Nanocube块显着缩短锂离子电池的充电和放电时间〜