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レーザー誘起構造変化による電極/電解質界面の形成に基づく酸化物全固体電池の創製

基于激光诱导结构变化形成电极/电解质界面的全固态氧化物电池的创建

基本信息

批准号：
22J10210
负责人：
平塚雅史
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-22 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22J10210/
关键词：
レーザー Naイオン全固体電池正極活物質

项目摘要

本研究は、酸化物で構成するNaイオン全固体電池の開発を推進している。これまでにレーザーを用いた局所加熱によって、リン酸鉄ナトリウム正極活物質へのレーザー局所加熱による構造変化の評価および活物質と固体電解質の接合界面を制御する研究を通して、従来の高温条件で加圧するプロセスに対し、無加圧で瞬間的に一体化する新規酸化物全固体電池作製プロセスを提案・実証した。NaFePO4という網目形成剤となるリン酸塩が非常に少ない組成の材料をガラス化し、固体電解質と一体化できたことから、網目形成剤を含まない層状酸化物NaMO2（M：遷移金属）のレーザー局所加熱による溶融急冷および固体電解質との一体化も期待される。そこで、本年度は、正極活物質にβ-NaFeO2(理論容量：242mAh/g)を選択し、レーザー照射により局所加熱した際の構造変化の評価および固体電解質との一体化を行った。レーザーにはファイバーレーザー（λ=1064 nm）を用いた。β-NaFeO2に対して2次元的にレーザー照射（出力30 W, レーザー径50 μm, 走査速度500 mms-1）した。レーザー照射後のβ-NaFeO2の構造変化をXRD 、SEM、TG-DTA,EBSD,交流インピーダンス法により評価した。その結果、レーザー照射によりβ-NaFeO2を溶融急冷すると、粒界が減少して緻密化され、ナトリウムイオン伝導性が向上することがわかった。レーザー照射したβ-NaFeO2は結晶性が低くなり一部非晶質化している可能性が高く、再熱処理により異なる結晶を選択的に得られることを明らかとした。また、固体電解質セラミックス基板上のβ-NaFeO2をレーザー照射で溶融固化することで固体電解質に無加圧で接合でき、緻密な界面を得ることができた。この結果は、今後の全固体電池の研究において活物質の材料選択の幅を広げ、焼成では困難な界面抵抗の低減が期待できる。

This study is aimed at promoting the development of all-solid-state batteries based on acid composition. A new method for the preparation of an all-solid-state battery with high temperature without pressure transient is proposed and demonstrated. NaFePO4 and mesh-forming agents are very rare in the composition of the material, solid electrolyte and integration, mesh-forming agents include layered acid NaMO2 (M: mobile metal) and heat, melt and quench, and solid electrolyte and integration. This year, the electrode active substance β-NaFeO2 (theoretical capacity: 242mAh/g) was selected for evaluation of structural changes during heating and integration of solid electrolytes.レーザーにはファイバーレーザー（λ=1064 nm）を用いた。β-NaFeO2 emits two-dimensional ーー irradiation (output 30 W, ーー diameter 50 μm, walking speed 500 mms-1). The structural changes of β-NaFeO2 after irradiation were evaluated by XRD, SEM, TG-DTA,EBSD and AC methods. As a result, the irradiation of β-NaFeO2 resulted in a decrease in grain density and an increase in conductivity.β-NaFeO2 is crystalline, partially amorphous, highly probable, and crystalline after reheat treatment.β-NaFeO2 on the solid electrolyte substrate melts and solidifies under irradiation, resulting in bonding without pressure and dense interface. The results show that the future research of all-solid-state batteries is expected to be difficult in terms of material selection, sintering and interface resistance reduction.