ホットソープ法を用いた電極活物質ナノ粒子の形態制御と全固体電池の高性能化

热皂法电极活性材料纳米颗粒形貌控制及全固态电池性能提升

• 批准号: 11J09752
• 负责人: 麻生 圭吾
• 金额: $ 1.22万
• 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: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J09752/
• 关键词: 全固体リチウム二次電池; 電極-固体電質界面; 前駆体溶液; 液相合成; ホットソープ法; 電極-固体電解質界面; 形態制御; 結晶相制御; 固体-固体界面

全固体リチウムニ次電池は、安全性の高い電池として研究開発が盛んに行われており、電気自動車などの大型電源への応用が期待されている。全固体電池の電極部分は、電極活物質、固体電解質、導電助剤の3者の混合物(以降、電極複合体)を用いており、これらの固体界面で電気化学反応が進行する。このことから、全固体電池の高性能化を実現させるためには、電極複合体内の電極活物質−固体電解質間の接触界面を増大させることが有効である。我々は、理想的な固体界面形成のためのファーストステップとして、溶液状態を経由して固体電解質を作製することに着目した。そこで本年度は、Li_2S粉末、P_2S_5粉末およびN-メチルホルムアミド(NMF)を用いて硫化物固体電解質の前駆体溶液を作製し、その溶液から硫化物系固体電解質を析出させた。また、作製した前駆体溶液を用いて、良好な固体界面を有する電極複合体を作製し、全固体電池に応用した。Li_2SとP_2S_5を乳鉢混合した粉末にNMFを直接混合したところ発熱を伴ったことから、Li_2SとP_2S_5をヘキサンに加え、氷浴中で撹拌しながらNMFと混合した。MMF添加から6時間後、NMF相は黄色透明となり、ヘキサン除去後の前駆体溶液のラマンスペクトルは、Li_2S-P_2S_5ガラスをNMFに溶解させた溶液と同じスペクトルになった。得られた溶液を180℃で減圧留去することで得られた粉末は、Li_3PS_4結晶であることがわかり、そのイオン伝導度は2.3×10^<-6>Scm^<-1>であった。この前駆体溶液をLicoO_2電極活物質粒子と混合し、溶媒を留去することによって、LiCoO_2粒子表面にLi_3PS_4固体電解質薄膜を形成した。硫化物固体電解質をコートしたLiCoO_2を作用極に用いた全固体In/LiCoO_2セルを作製した。硫化物固体電解質薄膜で表面をコーティングすることによって、全固体電池は二次電池として作動し、コーティング層がリチウムイオン伝導パスとして機能していることが明らかになった。以上の結果は、論文(3報)と学会(国内1件)で既に発表を行った。

All solid リ チ ウ ム ニ battery は, high security の い battery と し て research open 発 が sheng ん に line わ れ て お り, electricity 気 automotive な ど の large power へ の 応 with が expect さ れ て い る. The <s:1> electrode part of the all-solid battery, the <s:1> active material of the electrode, the solid electrolyte, and the conductive aid <s:1>, the <s:1> mixture (or subsequent, the electrode complex)を is carried out by を てお てお, <s:1> れら, <s:1> れら れら <s:1> solid interface で electrochemical reaction 応が する. こ の こ と か ら, high performance processing for all solid battery の を be presently さ せ る た め に は, electrode composite live の electrode material in the body - solid electrolyte の contact interface between を raised large さ せ る こ と が have sharper で あ る. I 々 は, ideal な solid interface formed の た め の フ ァ ー ス ト ス テ ッ プ と し て and solution state を 経 by し て solid electrolyte を cropping す る こ と に with mesh し た. そ こ で は this year, Li_2S powder, P_2S_5 powder お よ び N - メ チ ル ホ ル ム ア ミ ド (NMF) を い て sulphide solid electrolyte の を 駆 body solution before し, そ の solution か ら sulfide precipitation of solid electrolyte を さ せ た. ま た, cropping し た を 駆 body solution before using い て, good な solid interface を す る composite electrode を し, whole solid battery に 応 with し た. Li_2S と P_2S_5 を mortar mixing し た powder に NMF を directly mixed し た と こ ろ 発 を tracing っ た こ と か ら, Li_2S と P_2S_5 を ヘ キ サ ン に え, 氷 bath で 撹 mix し な が ら NMF と mixed し た. MMF add か ら after six time, NMF は yellow transparent と な り, ヘ キ サ ン 駆 body solution before after removing の の ラ マ ン ス ペ ク ト ル は, Li_2S P_2S_5 ガ ラ ス を NMF に dissolved さ せ と た solution with じ ス ペ ク ト ル に な っ た. Have to ら れ た solution を 180 ℃ で 圧 stay reduction to す る こ と で must ら れ た powder は, Li_3PS_4 crystallization で あ る こ と が わ か り, そ の イ オ ン 伝 conductance は 2.3 * 10 ^ 6 > < - Scm ^ < 1 > で あ っ た. こ の 駆 body solution before を LicoO_2 と mixed し live electrode material particles, solvent を leave to す る こ と に よ っ て, LicoO_2 particle surface に Li_3PS_4 を solid electrolyte film forming し た. Sulphide solid electrolyte を コ ー ト し た LiCoO_2 を effect extremely に with い た all solid In/LiCoO_2 セ ル を cropping し た. Sulfide surface of solid electrolyte film で を コ ー テ ィ ン グ す る こ と に よ っ て, all the solid battery は secondary battery と し て actuation し, コ ー テ ィ ン グ layer が リ チ ウ ム イ オ ン 伝 guide パ ス と し て function し て い る こ と が Ming ら か に な っ た. The above <s:1> results で, papers (3 submissions)と society (1 domestic submission)で and に publication table を bank った.

项目成果

硫化ニッケルナノ粒子を活物質として用いた電極複合体の作製と微細組織観察

以纳米硫化镍为活性材料的电极复合材料的制备及微观结构观察

• 发表时间: 2011
• 作者: 麻生圭吾;林晃敏;辰巳砂昌弘
• 通讯作者: 辰巳砂昌弘

Preparation of NiS-carbon fiber composites with Li_2S-P_2S_5 solid electrolytes by pulsed laser deposition for all-solid-state lithium secondary batteries

脉冲激光沉积制备Li_2S-P_2S_5固体电解质NiS-碳纤维复合材料用于全固态锂二次电池

• 发表时间: 2012
• 作者: K. Aso;A. Sakuda;A. Hayashi;M. Tatsumisago
• 通讯作者: M. Tatsumisago

Electrochemical performance of all-solid-state lithium secondary batteries with plate-like and needle-like SnS active materials synthesized in high-boiling solvents

高沸点溶剂中合成板状和针状SnS活性材料的全固态锂二次电池的电化学性能

• 发表时间: 2011
• 作者: K.Aso;A.Hayashi;M.Tatsumisago
• 通讯作者: M.Tatsumisago

N−メチルホルムアミドを用いたLi_3PS_4固体電解質の液相合成

N-甲基甲酰胺液相合成Li_3PS_4固体电解质

• 发表时间: 2014
• 作者: 麻生圭吾;寺川真悟;忠永 清治;林 晃敏;辰巳砂昌弘
• 通讯作者: 辰巳砂昌弘

Fabrication of all-solid-state lithium secondary batteries using nanosized NiS active materials and Li_2S-P_2S_5 solid electrolytes

使用纳米NiS活性材料和Li_2S-P_2S_5固体电解质制备全固态锂二次电池

• 发表时间: 2011
• 作者: K.Aso;A.Hayashi;M.Tatsumisago
• 通讯作者: M.Tatsumisago