全固体リチウム2次電池のイオニクス界面ナノ構造設計

全固态锂二次电池离子界面纳米结构设计

• 批准号: 19656179
• 负责人: 乾 晴行
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19656179/
• 关键词: リチウム2次電池; 全固体化; 固体電解質; 界面反応; 界面ナノ構造; サイクル寿命; 電気化学特性

リチウム2次電池は,高作動電圧,高エネルギー密度から,小型で軽量な電池を構成でき,モバイル機器の駆動電源として使用されているが,一般に,電解質は可燃性の有機電解液で,液漏れ,発火の危険性があり,安全性の確保が大きな課題である.そのため,本質的な安全性の改善を目指して,可燃性の有機電解液を不燃性の固体電解質に置換する全固体リチウム2次電池の研究開発が進められている.電池の起電反応は活物質と電解質の界面で生じることを考えると,界面特性制御も視野に入れた正極/電解質/負極の材料の選定は非常に重要である.本研究では,正極としてLiCoO_2,固体電解質としてLLT((Li,La)TiO_3)を取り上げ,正極/電解質界面に的を絞って,この界面に電気化学的活性を持続的に付与するための条件を界面のナノ構造制御の観点から明らかにすることを目的とした.固体電解質LLTに正極LiCoO_2を貼付して電気化学特性を測定すると,界面構造の相違によりサイクル特性が大きく異なる.すなわち,LLTをへき開し正極を貼付したもの(へき開材)は,へき開後,機械研磨を経て正極を貼付したもの(機械研磨材)よりもはるかにサイクル特性が悪く,前者の充放電の過電圧はサイクル毎に変化するのに対し,後者のそれはサイクル数に依存しない.これは,へき開材ではLLTにLiCoO_2が直接接しているのに対し,機械研磨材では界面のところどころに島状にLLTの非晶質層がナノスケールで形成されてLLT非晶質層が,充放電に伴う正極の収縮・膨張により界面に生じる応力を緩和し割れを防止する役割を果たすためである.そのため,電気化学サイクル後には,へき開材では正極/電解質界面に沿って割れが発生するのに対し,機械研磨材では全く割れが発生しない.LLT単結晶についても同様の結果を得,{110}を最も持続的な電気化学特性を与える表面方位として決定した.

リ チ ウ は ム two battery, high actuation electric 圧, high エ ネ ル ギ ー density か ら, small で 軽 quantity な battery を constitute で き, モ バ イ ル machine の 駆 dynamic power と し て use さ れ て い る が, generally に, electrolyte は combustible organic electrolyte で の, fluid leakage れ, 発 の fire danger 険 sex が あ り, security の ensure が big き な subject で あ る. そ の た め, essence な safety の improve を refers し て, combustible organic electrolyte の を incombustible の solid electrolyte に replacement す る all solid リ チ ウ ム 2 battery の research open 発 が into め ら れ て い る. の up battery against 応 は live で raw material と electrolyte の interface じ る こ と を exam え る と, interface features suppression も に view into れ た positive electrode/electrolyte/cathode の の materials selected は very important で に あ る. This study で は, the positive と し て LiCoO_2, solid electrolyte と し て LLT ((Li, La) TiO_3) take on り げ を, positive electrode/electrolyte interface に を ground っ て, こ の interface に electric 気 chemical active を hold 続 に give す る た め の conditions を interface の ナ ノ tectonic suppression の 観 point か ら Ming ら か に す る こ と を purpose と し た . Solid electrolyte LLT に anode LiCoO_2 を TieFu し 気 て electricity chemistry を determination す る と, interface structure の conceives に よ り サ イ ク ル features large が き く different な る. す な わ ち, LLT を へ き open the positive を し TieFu し た も の (へ き material) は, へ き after open, mechanical polishing を 経 て anode を TieFu し た も の (mechanical grinding) よ り も は る か に サ イ ク ル features が 悪 く, the former の charge-discharge の CLP 圧 は サ イ ク ル their に variations change す る の に し polices, the latter の そ れ は サ イ ク ル number に dependent し な い. こ れ は, へ き open material で は LLT に LiCoO_2 が directly connect し て い る の に し seaborne, mechanical polishing material で は interface の と こ ろ ど こ ろ に island に LLT の amorphous Layer が ナ ノ ス ケ ー ル で form さ れ て LLT が amorphous layer, charge and discharge the positive の に with う 収 shrinkage, swelling に よ り interface に raw じ る 応 force を ease し cut れ を prevent す る "を cut fruit た す た め で あ る. そ の た め, electric chemical サ 気 イ ク ル after に は, へ き open material で は positive electrode/electrolyte interface に along っ て cut れ が 発 raw す る の に し seaborne, machinery Grinding material で は く cut all れ が 発 raw し な い. LLT 単 crystallization に つ い て も with others in the result of の を, {110} the most も を hold 続 な 気 chemical properties を and え る surface bearing と し て decided し た.

项目成果

Microstructure of the LiCoO_2 (Cathode)/(La,Li)TiO_3 (Electrolyte) Interface and Its Influences on the Electrochemical Properties

LiCoO_2(正极)/(La,Li)TiO_3(电解质)界面的微观结构及其对电化学性能的影响

• 发表时间: 2007
• 期刊: Acta Materialia 55・14
• 作者: Choong-Gon Lee;Hiroyuki Ojima;Minoru Umeda;K. Kishida
• 通讯作者: K. Kishida

Improvement of Grain-Boundary Conductivity of Trivalent Cation-Doped Barium Zirconate by Co-Doping Scandium and Yttrium

钪和钇共掺杂提高三价阳离子掺杂锆酸钡的晶界电导率

• 发表时间: 2008
• 期刊: Journal of Materials Chemistry (in press)
• 作者: 富尾悠索;木津谷茂樹;宮本吾郎;古原忠;S. Imashuku
• 通讯作者: S. Imashuku

Microstructure Evolution during Lithiation and Delithiation of Ni_3Sn_2 Anode for Lithium Secondary Batteries

锂二次电池Ni_3Sn_2负极充锂和脱锂过程中微观结构的演变

• 发表时间: 2007
• 期刊: Advanced Materials Research 26-28
• 作者: 仲村 龍介;李 正九;森 博太郎;中嶋 英雄;桐原聡秀;S. Kirihara;R.Nakamura;S. Kirihara;K. Kishida;桐原聡秀;R.Nakamura;K. Kishida;桐原聡秀;R.Nakamura;T. Kosho
• 通讯作者: T. Kosho

Effect of Applied External Stress on Hydrogen Desorption From Metal hydrides

施加的外部应力对金属氢化物解吸氢的影响

• 发表时间: 2007
• 期刊: Advanced Materials Research 26-28
• 作者: M;Umeda;K. Nagai;K. Horii;R. Matsumoto
• 通讯作者: R. Matsumoto

Crystal and Defect Structures of (La,Li)TiO_3 (x〜0.1) Produced by a Melt Process

熔融法制备(La,Li)TiO_3 (x〜0.1)的晶体和缺陷结构

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Electron Microscopy 56・6
• 作者: 永井 和洋;松本 洋輔;堀井 康太;梅田 実;K. Kishida
• 通讯作者: K. Kishida