リチウム二次電池用固体高分子電解質/電極界面におけるイオン移動反応の解析

高分子電解質を用いた全固体型リチウム二次電池は安全性、エネルギー密度に優れるため着目されている。しかし、高分子電解質の低いイオン伝導性及び電池活物質と高分子電解質間の低い接合性はリチウム二次電池の内部抵抗増大の原因となり、良好なサイクル特性を示すことが難しい。そこで、イオン伝導性に優れたゲル電解質の開発が盛んに行われている。ゲル電解質と電極界面のイオン移動反応の解析は電池のレート特性向上に重要な役割を果たすと考えられるが、国内外問わずそのような研究は少ない。そこで、本研究ではゲル電解質/電極界面のイオン移動に着目した。昨年度の研究では正極活物質の一つであるコバルト酸リチウムを用い、正極合剤電極とゲル電解質界面の間のイオン移動に関して調べた。本年度はより詳細な解析を行うために、レーザーアブレーション法を用い、コバルト酸リチウム薄膜電極を作製し、粘結剤、導電剤等のバインダーフリー電極とゲル電解質界面のイオン移動をACインピーダンス法を用いて調べた。その結果、1)薄膜電極/ゲル電解質間のリチウムイオン移動に伴う抵抗成分が認められた。2)昨年度用いた合剤電極の場合と同様、電解質塩にリチウムトリフレートを用いた場合、界面抵抗の不可逆成分が4.0V(vs Li/Li^+)近傍の電位から生じることを明らかにした。イミド塩を用いた場合は、リチウムトリフレートよりも貴な電位まで安定であることも見いだした。3)可塑剤の分子量にはイオン移動の活性化エネルギーは依存しないことが分かった。

高分子電解質を用いた全固体型リチウム二次電池は安全性、エネルギー密度に優れるため着目されている。しかし、高分子電解質の低いイオン伝導性及び電池活物質と高分子電解質間の低い接合性はリチウム二次電池の内部抵抗増大の原因となり、良好なサイクル特性を示すことが難しい。そこで、イオン伝導性に優れたゲル電解質の開発が盛んに行われている。ゲル電解質と電極界面のイオン移動反応の解析は電池のレート特性向上に重要な役割を果たすと考えられるが、国内外問わずそのような研究は少ない。そこで、本研究ではゲル電解質/電極界面のイオン移動に着目した。昨年度の研究では正極活物質の一つであるコバルト酸リチウムを用い、正極合剤電極とゲル電解質界面の間のイオン移動に関して調べた。本年度はより詳細な解析を行うために、レーザーアブレーション法を用い、コバルト酸リチウム薄膜電極を作製し、粘結剤、導電剤等のバインダーフリー電極とゲル電解質界面のイオン移動をACインピーダンス法を用いて調べた。その結果、1)薄膜電極/ゲル電解質間のリチウムイオン移動に伴う抵抗成分が認められた。2)昨年度用いた合剤電極の場合と同様、電解質塩にリチウムトリフレートを用いた場合、界面抵抗の不可逆成分が4.0V(vs Li/Li^+)近傍の電位から生じることを明らかにした。イミド塩を用いた場合は、リチウムトリフレートよりも貴な電位まで安定であることも見いだした。3)可塑剤の分子量にはイオン移動の活性化エネルギーは依存しないことが分かった。