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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。