イオン伝導性酸化物および硫化物間の界面形成に基づく新規全固体二次電池の構築

基于离子导电氧化物和硫化物之间界面形成的新型全固态二次电池的构建

• 批准号: 17J09297
• 负责人: 野井 浩祐
• 金额: $ 1.34万
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J09297/
• 关键词: 全固体電池; 固体電解質; イオン移動; セラミックス; ナトリウム二次電池; リチウム二次電池; 複合材料

本年度は、酸化物電解質NASICONを主成分、硫化物電解質Na3PS4(NPS)を第二成分とする高ナトリウムイオン伝導性複合電解質を開発した。NASICONは緻密な焼結体において高いイオン伝導度を示すことが知られていたが、焼結温度が1000℃以上と高いために電極材料との副反応の問題があり、全固体電池への応用が困難であった。そこで、界面形成の容易な硫化物電解質を少量複合化することで、焼結工程を経ずに高い伝導度を示すNASICONベース複合電解質の作製を検討した。NASICON(含量70-90wt%)とNPSガラスセラミックスのボールミル混合により作製した複合電解質の粉末は、常温加圧によって緻密化可能であった。NASICON含量70wt%の複合成形体は、100℃において1 mS/cmの高いイオン伝導度を示した。複合電解質と、Na-Sn合金負極、TiS2正極を用いて、粉末材料の一軸加圧成形により作製した全固体セルは、100℃において二次電池として作動した。従って、焼結フリー工程で全固体ナトリウム電池に適用可能な、酸化物ベース複合電解質の作製に成功した。また、リチウムイオン伝導性酸化物Li7La3Zr2O12(LLZ)を電解質に用いた、充放電サイクル寿命に優れる全固体リチウム電池の構築に向けて、Al添加LLZ焼結体の結晶粒サイズが、イオン伝導性と金属リチウムセルの耐短絡性に与える影響を調査した。主な粒サイズが1μm程度の緻密な焼結体は、粒サイズが5～20μmの焼結体に比べて優れたイオン伝導特性を示した。100℃においてLi/LLZ/Liセルのリチウム溶解・析出サイクル試験を行った結果、粒サイズの小さな焼結体を用いたセルは、より大きな電流密度（1 mA/cm2）まで短絡しなかった。すなわち、焼結時の粒成長を抑制することで、伝導性と耐短絡性に優れるLLZ焼結体の得られることが分かった。

This year, the acid electrolyte NASICON as the main component, sulfide electrolyte Na3PS4 (NPS) as the second component, and high conductivity complex electrolyte were developed. NASICON has a high conductivity for dense sintered bodies, and it is difficult to use all solid state batteries when sintering temperatures are above 1000℃. It is easy to form interface and a small amount of sulfide electrolyte is compounded. It is easy to form interface and a high conductivity. NASICON(70-90wt%) and NPS can be used to prepare composite electrolyte powder and densify under normal temperature pressure. The composite molded body with NASICON content of 70wt% has a high conductivity of 1 mS/cm at 100℃. Composite electrolyte, Na-Sn alloy electrode, TiS2 electrode, powder material, one-axis pressure forming, all solid state, 100℃, secondary battery operation All solid state batteries were successfully fabricated by sintering and sintering process. To investigate the effects of Li 7La 3Zr 2O 12(LLZ), a conductive acid compound, on electrolyte usage, charge life, and structure of all-solid-state batteries. The dense sintered body with a main grain size of 1μm has excellent thermal conductivity compared to the sintered body with a grain size of 5 to 20μm. Li/LLZ/Li composite solution/precipitation test results at 100℃, particle size and sintered body use, high current density (1 mA/cm2), short contact time. In addition, grain growth during sintering is suppressed, conductivity and short-term resistance are improved, and LLZ sintered bodies are obtained.

项目成果

Oxide-Based Composite Electrolytes Using Na3Zr2Si2PO12/Na3PS4 Interfacial Ion Transfer.

• DOI: 10.1021/acsami.8b02427
• 发表时间: 2018-05
• 期刊: ACS applied materials & interfaces
• 影响因子: 9.5
• 作者: Kousuke Noi;Yuka Nagata;T. Hakari;Kenji Suzuki;So Yubuchi;Yusuke Ito;A. Sakuda;A. Hayashi

酸化物セラミック電解質の焼結体微細構造とアルカリイオン伝導特性の関係

氧化物陶瓷电解质烧结微观结构与碱离子电导性能的关系

• 发表时间: 2017
• 作者: 松木 祐磨;野井 浩祐;作田 敦;林 晃敏;辰巳砂 昌弘;野井 浩祐
• 通讯作者: 野井 浩祐

Al置換Li7La3Zr2O12焼結体の微細構造とイオン伝導特性の関係

Al取代Li7La3Zr2O12烧结体微观结构与离子传导性能的关系

• 发表时间: 2017
• 作者: 野井 浩祐;松木 祐磨;林 晃敏;辰巳砂 昌弘
• 通讯作者: 辰巳砂 昌弘

野井 浩祐、林 晃敏、辰巳砂 昌弘

野井浩介、林秋利、辰砂正宏

• 发表时间: 2017
• 作者: Na3Zr2Si2PO12‐Na3PS4複合成形体のイオン伝導性

酸化物ベース複合電解質Na3Zr2Si2PO12‐Na3PS4を用いた全固体ナトリウム電池の構築

使用氧化物基复合电解质Na3Zr2Si2PO12-Na3PS4构建全固态钠电池

• 发表时间: 2018
• 作者: 野井 浩祐;永田 佑佳;作田 敦;林 晃敏;辰巳砂 昌弘
• 通讯作者: 辰巳砂 昌弘