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

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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。