液相複合化による全固体Li二次電池での高容量正極反応の制御

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本研究では核成長法などの液相法により正極複合体を作製し、全固体電池での高容量の発現を目指している。2022年度は電子伝導性の低い正極活物質へ適用を見据えて、導電助剤を従来の短尺CNT(VGCF)から長尺CNTへ変更することを検討した。また、液相複合化を適用できる正極活物質材料の多様化を見据えて、Li2FeSO正極活物質に関する検討も進めた。2021年度までの検討として、前駆体溶液中で導電助剤VGCFを添加して、正極複合体（LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極活物質/Li7P2S8I固体電解質/導電助剤VGCF）を作製することで、得られる放電容量が増加することを明らかにした。2022年度では、最適化した複合化方法を用いて、導電助剤無添加、長尺CNT 0.3 wt%添加、VGCF 0.3 wt%添加、VGCF 3 wt%添加した複合体を作製し電子伝導度を評価したところ、それぞれ1.92×10-6 S cm-1、1.48×10-2 S cm-1、2.18×10-6 S cm-1、2.31×10-2 S cm-1を示した。長尺CNTを用いた複合体では、VGCFに比べ1/10の添加量で同程度の電子伝導度が得られた。長尺CNTでは極微量でも正極層内に3D導電ネットワークが形成され、電子伝導度が大幅に向上したと考えられる。また、2021年度にアンチペロブスカイト型Li2FeSO正極活物質が、優れた全固体電池特性を示すことを明らかにした。2022年度では優れた電池特性に寄与するメカニズムの解析を進めた。インデンテーション試験より、Li2FeSOは硫化物系固体電解質に近い弾性率を示し、硫黄を含むことに由来する優れた力学物性を有することが分かった。また、断面SEM像より、高活物質充填率(90 wt%)においても、空隙が少なく緻密体を形成していることが分かった。また、EDSマッピング像より、活物質由来のFeの周りに固体電解質由来の成分であるClやPが分布し、イオン伝導パスを形成していることが明らかとなった。以上の断面微構造が、優れた全固体電池特性に寄与していると考えられた。