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全固体リチウム金属電池の高エネルギー密度化に向けた電極/電解質界面の構築

电极/电解质界面的构建以提高全固态锂金属电池的能量密度

基本信息

批准号：
17J10552
负责人：
加藤敦隆
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：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

等方静水圧プレス(CIP)を用いたLi金属/Li3PS4電解質の界面構築を検討した。CIPを用いることにより、界面抵抗を大幅に低減することができた。次に、CIPで構築した界面において100°Cで対称セルを評価したところ、25°Cのときと比べてセル抵抗の大幅な減少およびLi溶解析出特性の向上を観測した。さらに、Au薄膜をLi金属/ Li3PS4電解質界面に挿入して100°Cで定電流サイクル試験を行ったところ、1.3 mA cm-2の高電流密度、6.5 mAh cm-2の高容量での溶解析出が可能であることを見出した。このAu薄膜を有するLi金属を負極とし、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2活物質を正極に用いた全固体Li金属セルは、有機電解液を用いた現行のLiイオン電池のエネルギー密度に近い226 Wh kg-1(セル外装と集電体の重量を除く)の値を達成した。Li3PS4ガラス電解質を、ガラス転移点付近(170oC)でホットプレスしたところ、粒界や空隙が低減した成形体を得られた。また、室温成形でも静水圧プレスと一軸プレスを組み合わせることで粉末成形体表面近傍の粒界や空隙を低減できることを見出した。このような成形体にLi金属を貼り付け、全固体対称セルの評価を行ったところ、室温一軸プレス成形体よりも高電流密度で短絡しにくいことを明らかにした。Li金属に対して化学的に安定なハロゲン化リチウムをLi金属/硫化物固体電解質界面に用いることを検討した。真空蒸着により作製したLiF薄膜が界面に挿入された全固体Li金属対称セルは、100°Cにおいて0.89 mA cm-2の電流密度で溶解析出が可能であることを明らかにした。また、Li3PS4-LiI系ガラス電解質をLi金属との界面形成に用いることで100°C、1.25 mA cm-2の条件で3000時間以上安定に溶解析出できることを見出した。

The interface construction of Li metal/Li 3PS4 electrolyte was investigated by using isostatic pressure (CIP). CIP is used to reduce interface resistance significantly. Second, CIP is constructed at 100°C, and the resistance to Li dissolution and precipitation is greatly reduced at 25°C. In addition, Au thin film Li metal/Li3PS4 electrolyte interface penetration at 100°C constant current test, high current density of 1.3 mA cm-2, high capacity of 6.5 mAh cm-2, dissolution and precipitation possible. The Au thin film contains Li metal electrode, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 active material electrode, all-solid Li metal electrode and organic electrolyte. The current Li metal battery has a life density of nearly 226 Wh kg-1(divided by the weight of the current collector). Li3PS4 electrolyte, For room temperature molding, the surface of the powder molded body is reduced by the reduction of the grain boundary and the reduction of the void. The temperature of the molded body is high, and the temperature of the molded body is high. Li metal/sulfide solid electrolyte interface Vacuum evaporation of LiF thin films into the interface of all-solid Li metal phase, 100°C, 0.89 mA cm-2 current density, dissolution and precipitation is possible. Li 3PS4-LiI system electrolyte Li metal interface formation in 100°C, 1.25 mA cm-2 conditions for more than 3000 time stable dissolution precipitation in 100°C, 1.25 mA cm-2 conditions.