高リチウムイオン伝導性固体電解質薄膜を用いた全固体電池の高性能化

本年度は、前年度までに開発に成功した硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質薄膜を応用することで、電極-固体電解質界面を改善し、全固体リチウム二次電池の高性能化を行った。Li_2S-P_2S_5系固体電解質を、電極活物質粒子上にコートすることで電極-電解質複合材料を開発した。固体電解質のコート量は、複合材料の電子伝導性及びリチウムイオン伝導性に大きく影響することを見出し、固体電解質のコート量の最適化を行った。固体電解質を電極活物質粒子上へコートすることで、従来の手法で作製した全固体電池に比べて、固体電解質の使用量の低減が可能となり、全固体電池の高エネルギー密度化に成功した。また、リン酸鉄リチウム(LiFePO_4)を電極活物質として用いた全固体電池の作動に成功した。LiFePO_4は有望な電極活物質であるが、これまで硫化物系全固体電池に適用されていなかった。LiFePO_4を電極活物質として用いた場合、電極-電解質界面特性が全固体電池の性能に大きく影響することを見出し、表面に非晶質のリン酸リチウムを形成したLiFePO_4を用いることで、電池の高性能化に成功した。さらに、Li_2S-P_2S_5系固体電解質の機械的特性(弾性率)の評価方法の確立という新規な研究テーマを立ち上げた。大気安定性の低いLi_2S-P2S_5系固体電解質の機械的特性はこれまで報告例がなかった。超音波パルス法や圧縮試験による、ヤング率測定方法の確立を行い、Li_2S-P_2S_5系固体電解質のヤング率が約20GPa程度であることを示した。この成果は、全固体電池用固体電解質の新規な設計指針の獲得に繋がるものである。

本年度は、前年度までに開発に成功した硫化物系リチウムイオン伝導性固体電解質薄膜を応用することで、電極-固体電解質界面を改善し、全固体リチウム二次電池の高性能化を行った。Li_2S-P_2S_5系固体電解質を、電極活物質粒子上にコートすることで電極-電解質複合材料を開発した。固体電解質のコート量は、複合材料の電子伝導性及びリチウムイオン伝導性に大きく影響することを見出し、固体電解質のコート量の最適化を行った。固体電解質を電極活物質粒子上へコートすることで、従来の手法で作製した全固体電池に比べて、固体電解質の使用量の低減が可能となり、全固体電池の高エネルギー密度化に成功した。また、リン酸鉄リチウム(LiFePO_4)を電極活物質として用いた全固体電池の作動に成功した。LiFePO_4は有望な電極活物質であるが、これまで硫化物系全固体電池に適用されていなかった。LiFePO_4を電極活物質として用いた場合、電極-電解質界面特性が全固体電池の性能に大きく影響することを見出し、表面に非晶質のリン酸リチウムを形成したLiFePO_4を用いることで、電池の高性能化に成功した。さらに、Li_2S-P_2S_5系固体電解質の機械的特性(弾性率)の評価方法の確立という新規な研究テーマを立ち上げた。大気安定性の低いLi_2S-P2S_5系固体電解質の機械的特性はこれまで報告例がなかった。超音波パルス法や圧縮試験による、ヤング率測定方法の確立を行い、Li_2S-P_2S_5系固体電解質のヤング率が約20GPa程度であることを示した。この成果は、全固体電池用固体電解質の新規な設計指針の獲得に繋がるものである。