金属負極全固体電池電極界面のブラスト加工による高速充電化メカニズムの解明

初年度では、ブラスト加工による電池性能向上メカニズムの検討を主として実施した。未加工・ブラスト加工・金スパッタ格好・ブラスト加工＋金スパッタ加工の4種の電池を対象として、１．充放電試験機による臨界電流密度計測、２．表面3次元SEM計測による電解質表面の形状計測、３．マイクロビッカース硬さ試験による電解質表面の破壊靭性計測、４．電池温度を変化させた電気化学インピーダンス法による界面抵抗計測の4つを行った。臨界電流密度計測より、ブラスト加工により充電可能速度が増加すること、金スパッタ加工と併用することで、金スパッタ加工単独よりも高い充電可能速度が得られることが示された。その原因として、電解質内部へのリチウムデンドライト成長の抑制が考えられたことから、マイクロビッカース硬さ試験を実施した。その結果、ブラスト加工を施した電解質にて、未加工ならびに金スパッタ加工を施した電池よりも高い破壊靭性が確認され、ブラスト加工により電解質への亀裂発生を抑制され、デンドライト成長を抑制したことが、臨界電流密度の増加要因であることがしめされた。表面3次元SEM観察より、ブラスト加工を施した電池にて、表面凹凸が形成されていることが確認された。電気化学インピーダンス計測より、ブラスト加工を施すと海面抵抗が示された。また、温度を変えて実施した電気化学インピーダンス計測より、海面抵抗の活性化エネルギーはブラスト加工を行っても未加工や金スパッタ加工からは変化がないことが示された。このことから、ブラスト加工による海面抵抗低下は物理的な接触面積の増加に伴うものであることが示され、ブラスト加工により作成された電解質表面凹凸がリチウム金属に食い込むことで海面抵抗が低下されたと示唆された。次年度では、以上で明らかとなったメカニズムをもとに、さらに高速充電が可能な電池の実現に向けて、ブラスト加工法の最適化等を実施する。

初年度では、ブラスト加工による電池性能向上メカニズムの検討を主として実施した。未加工・ブラスト加工・金スパッタ格好・ブラスト加工＋金スパッタ加工の4種の電池を対象として、１．充放電試験機による臨界電流密度計測、２．表面3次元SEM計測による電解質表面の形状計測、３．マイクロビッカース硬さ試験による電解質表面の破壊靭性計測、４．電池温度を変化させた電気化学インピーダンス法による界面抵抗計測の4つを行った。臨界電流密度計測より、ブラスト加工により充電可能速度が増加すること、金スパッタ加工と併用することで、金スパッタ加工単独よりも高い充電可能速度が得られることが示された。その原因として、電解質内部へのリチウムデンドライト成長の抑制が考えられたことから、マイクロビッカース硬さ試験を実施した。その結果、ブラスト加工を施した電解質にて、未加工ならびに金スパッタ加工を施した電池よりも高い破壊靭性が確認され、ブラスト加工により電解質への亀裂発生を抑制され、デンドライト成長を抑制したことが、臨界電流密度の増加要因であることがしめされた。表面3次元SEM観察より、ブラスト加工を施した電池にて、表面凹凸が形成されていることが確認された。電気化学インピーダンス計測より、ブラスト加工を施すと海面抵抗が示された。また、温度を変えて実施した電気化学インピーダンス計測より、海面抵抗の活性化エネルギーはブラスト加工を行っても未加工や金スパッタ加工からは変化がないことが示された。このことから、ブラスト加工による海面抵抗低下は物理的な接触面積の増加に伴うものであることが示され、ブラスト加工により作成された電解質表面凹凸がリチウム金属に食い込むことで海面抵抗が低下されたと示唆された。次年度では、以上で明らかとなったメカニズムをもとに、さらに高速充電が可能な電池の実現に向けて、ブラスト加工法の最適化等を実施する。