オキシスルフィド系リチウムイオン伝導ガラスの高機能化と全固体二次電池への応用

硫氧化物基锂离子导电玻璃的高功能性及其在全固态二次电池中的应用

• 批准号: 00J00917
• 负责人: 林 晃敏
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J00917/
• 关键词: リチウムイオン; 固体電解質; 全固体電池; ガラス; ガラスセラミックス; メカニカルミリング; 硫化物; ハイブリッド

Li_2S-P_2S_5系ガラスの高いガラス転移温度(T_g>200℃)を低下させて、電解質の導電率向上と成形性の付与を目的として硫化物ガラスとポリエチレンオキシド(PEO)系ポリマーのハイブリッド化を試みた。ハイブリッド化によりガラス転移温度は低下したが、室温における導電率は10^6 S cm<-1>オーダーの低い値となった。導電率低下の原因は、PEO中のエーテル酸素がリチウムイオンを強くトラップしたためと考えられる。メカニカルミリング法を用いて合成したLi_2S-P_2S_5-SiS_2系ガラスを加熱結晶化することで得られたガラスセラミックスは、室温において10^<-3> S cm<-1>以上の粉末成形体としては極めて高い導電率を示すことを明らかにした。構造解析の結果、ガラスセラミックス中には、最近室温において高い導電率を示すことが報告されたLi_4GeS_4-Li_3PS_4系固溶体であるthio-LISICON結晶と類似の結晶相が析出していることがわかった。この結晶相の形成がガラスの導電率を向上させたと考えられる。またこの結晶相は、Li_2S-P_2S_5-SiS_2系の固相反応では生成しないことから、今回メカノケミカルガラスから初めて析出させることに成功した。上記の検討により得られた高イオン伝導性を示すガラスセラミックスを固体電解質に用い、正極にLiCoO_2、負極にInを用いた全固体型セルは、室温において二次電池として機能し、100サイクル以上の充放電を行っても100mAh/g以上の大きな可逆容量を維持することを見出した。薄膜電池を除き、これほどの高容量を保持し、サイクル特性に優れた全固体リチウム二次電池の報告例はなく、本研究で開発したLi_2S-P_2S_5系をベースとするガラスセラミックスが全固体二次電池用の固体電解質として高いポテンシャルを有していることが明らかになった。

Li_2S-P_2S_ 5 series of high temperature temperature (200 ℃) low temperature temperature, high temperature temperature, high temperature temperature, low temperature temperature, high temperature temperature, high temperature temperature, low temperature, high temperature, high temperature, low temperature, high temperature, low temperature, high temperature, high temperature, low temperature, high temperature, high temperature, low temperature, high temperature, low temperature, high temperature, high temperature, low temperature, high temperature, high temperature, low temperature, high temperature, high temperature, low temperature, high temperature, low temperature, high temperature, The temperature at room temperature is lower than that at room temperature. the electricity rate is 10

项目成果

A.Hayashi: "Structural Investigation of SnO-B_2O_3 Glasses by Solid-State NMR and X-ray Photoelectron Spectroscopy"Journal of Non-Crystalline Solids. 306. 227-237 (2002)

A.Hayashi：“通过固态NMR和X射线光电子能谱对SnO-B_2O_3玻璃进行结构研究”非晶固体杂志。

K.Iio: "Mechanochemical Synthesis of High Lithium Ion Conducting Materials in the System Li_3N-SiS_2"Chemistry of Materials. 14. 2444-2449 (2002)

K.Iio：“Li_3N-SiS_2 体系中高锂离子导电材料的机械化学合成”材料化学。

F.Mizuno: "All Solid-State Lithium Secondary Batteries Using High Lithium Ion Conducting Li_2S-P_2S_5 Glass-Ceramics"Chemistry Letters. [12]. 1244-1245 (2002)

F.Mizuno：“使用高锂离子导电Li_2S-P_2S_5玻璃陶瓷的全固态锂二次电池”化学快报。

M.Tatsumisago: "New Lithium Ion Conducting Glass Ceramics Prepared from Mechanochemical Li_2S-P_2S_5 Glasses"Solid State Ionics. 154-155. 635-640 (2002)

M.Tatsumisago：“由机械化学Li_2S-P_2S_5玻璃制备的新型锂离子导电玻璃陶瓷”固态离子学。

A.Hayashi: "Characterization of Li_2S-SiS_2-LixMOy (M=Si, P, Ge) Amorphous Solid Electrolytes Prepared by Melt-Quenching and Mechanical Milling"Solid State Ionics. 148. 381-389 (2002)

A.Hayashi：“通过熔融淬火和机械研磨制备的 Li_2S-SiS_2-LixMOy（M=Si、P、Ge）非晶固体电解质的表征”固态离子学。