全固体電池の実用化にむけた耐湿性硫化物系電解質の開発

开发用于全固态电池实用化的耐湿硫化物电解质

• 批准号: 20J23724
• 负责人: 木村 拓哉
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2020-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23724/
• 关键词: リチウムイオン伝導体; 硫化物; 大気曝露; 大気暴露; 窒化物

本年度は，大気曝露in-situ XRD測定が可能な装置を用いて，硫化物電解質の大気曝露による結晶構造変化について評価・解析を行った．また，水溶液を介した硫化物電解質Li4SnS4の合成を行った．Li3PS4に代表される硫化物電解質は大気中の水分と反応し構造が変化することが知られている．また，リンのほかにも様々な中心元素を用いた硫化物電解質が報告され，大気曝露時の挙動評価も一部の組成ではなされている．しかしながら，曝露条件が異なるなど系統的な知見を得るには至っていない．そこで本年度は，中心元素Mとしてアルミニウム，ガリウム，インジウム，ケイ素，ゲルマニウム，スズ，リン，ヒ素，アンチモンを含む硫化物電解質LixMS4をメカノケミカル法により作製し，露点－8℃環境下における大気曝露in-situ X線回折（XRD）測定により曝露挙動を評価した．曝露後サンプルのXRDパターンより，曝露後の構造は中心元素の族に依存する傾向にあることがわかった．曝露後真空乾燥したサンプルについては中心元素毎に構造が異なることが明らかになった．また前年度の検討により，Li4SnS4電解質は大気に曝した際に硫化水素の発生を伴わず水和物を形成することがわかっている．この水和物形成について得られた知見を活かし，水溶液を介したLi4SnS4電解質の合成について検討を行った．出発原料として硫化リチウムと硫黄，金属スズを用い，イオン交換水中で攪拌することで反応させた．また，スズ原料としてスズの価数が異なる2種の硫化スズを用いて検討した．金属スズや2価の硫化スズを用いた場合，わずかに不純物が残るもののLi4SnS4が得られることがわかった．一方，4価の硫化スズを用いた場合はほとんど反応が進行しなかった．このことから，適切な出発原料を用いることにより，Li4SnS4の水溶液合成が可能であることが明らかになった．

This year, in-situ XRD measurements of sulfide electrolytes under high temperature exposure were performed in the application of possible devices, and crystal structure changes under high temperature exposure were evaluated and analyzed. The synthesis of sulfide electrolyte Li4SnS4 in aqueous solution is carried out. Li3PS4 represents the moisture content in the sulfide electrolyte and the structure of the sulfide electrolyte. The chemical composition of the sulfide electrolyte was determined by the kinetic evaluation of the sulfide electrolyte at high temperature exposure. The exposure conditions vary from system to system. This year, the central element M is determined by the X-ray diffraction (XRD) method at-8℃ for high dew point exposure. After exposure, the structure tends to be dependent on the family of central elements. After exposure, vacuum drying is carried out. The structure of the central element is different. In the past year, Li4SnS4 electrolyte has been investigated for the formation of sulfide and water compounds during high temperature exposure. The formation of water and matter is discussed in detail, and the synthesis of Li4SnS4 electrolyte is discussed in detail. The raw materials for sulfur and metals are mixed in water. The number of raw materials varies from one to another. The metal is not pure, and the impurity is not pure. A party, 4 The synthesis of Li4SnS4 in aqueous solution is possible.

项目成果

Structure Changes of Li4SnS4 Electrolytes in Humidified Atmosphere

加湿气氛中 Li4SnS4 电解质的结构变化

• 发表时间: 2022
• 作者: 川原 巧;松岡 和;伊藤 英人;伊丹 健一郎;米村 開;木村拓哉，中野 匠，本橋宏大，作田 敦，辰巳砂昌弘，林 晃敏
• 通讯作者: 木村拓哉，中野 匠，本橋宏大，作田 敦，辰巳砂昌弘，林 晃敏

湿潤雰囲気におけるNa3PS4電解質の構造変化と脱水和にむけた検討

Na3PS4电解质在潮湿气氛中的结构变化和脱水研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 木村拓哉;中野 匠;作田 敦;辰巳砂昌弘;林 晃敏
• 通讯作者: 林 晃敏

Li4SnS4電解質の水溶液合成における反応プロセス

Li4SnS4电解液水相合成反应过程

• 发表时间: 2022
• 作者: 金永輝;吉富啓之;西尾恵;鎌倉武史;玉置さくら;孫麗萍;戸口田淳也;谷垣隼大，高柳拓真，木村拓哉，本橋宏大，作田 敦，辰巳砂昌弘，林 晃敏
• 通讯作者: 谷垣隼大，高柳拓真，木村拓哉，本橋宏大，作田 敦，辰巳砂昌弘，林 晃敏

メカノケミカル法による Li3N-GaN系リチウムイオン伝導体の作製

机械化学法制备Li3N-GaN基锂离子导体

• 发表时间: 2021
• 作者: 久岡知輝;Sugeng Santoso;西田隆義;木村拓哉・作田 敦・辰巳砂昌弘・林 晃敏
• 通讯作者: 木村拓哉・作田 敦・辰巳砂昌弘・林 晃敏

固相法および液相法によるLi4SnS4電解質の作製と構造評価

固相法和液相法制备Li4SnS4电解质及结构评价

• 发表时间: 2022
• 作者: Tomoyoshi Inoue;Kenzo Nishio;Toshihiro Kubota;and Yasuhiro Awatsuji;木村拓哉，谷垣隼大，中野 匠，本橋宏大，作田 敦，辰巳砂昌弘，林 晃敏
• 通讯作者: 木村拓哉，谷垣隼大，中野 匠，本橋宏大，作田 敦，辰巳砂昌弘，林 晃敏