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Development and thin film formation of highly Li-ion conductive glass fiber/solid electrolyte composites

高锂离子导电玻璃纤维/固体电解质复合材料的开发和薄膜形成

基本信息

批准号：
21K18824
负责人：
松田厚範
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

液相加振(Liquid-phase Shaking: LS)法は、有機溶媒中で出発原料をジルコニアボールと振とう処理することで硫化物系固体電解質を調製する方法である。このLS法による固体電解質合成の際に、電解質膜の補強材としてガラスファイバを添加してLi7P2S8I（LPSI）/ガラスファイバ複合体シートを調製したところ、絶縁物であるガラスファイバを添加しているにも関わらず得られた複合体がLPSI固体電解質と同等の非常に高い伝導性を示す現象を見出した。LPSI電解質にSiO2ファイバを添加した膜厚40～50μmのシートを作製し、熱処理温度の最適化を行った。その結果、150℃で熱処理したシートにおいて最も高い室温導電率が得られ、0.23 mS/cmとなった。脱溶媒とLiI結晶化低減が、高い導電率を達成するために重要因子であることがわかった。さらに、LPSIよりも導電率の高いLi7P3S11/ SiO2ファイバ電解質シートの作製に取組んだ。XRDの結果から、SiO2ファイバ添加による不純物相の生成は認められず、室温で0.8mS/cmの非常に高い導電率が達成された。さらに、Li7P3S11/ SiO2ファイバを添加することで、Li金属負極に対する安定性が向上する新しい知見を得た。一方、全固体電池の構築では、正極活物質にNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC111）、セパレーターに熱処理温度150 oCで作製したLPSI/SiO2ファイバ電解質シートを用いて、全固体電池を試作し、電池動作を初めて確認した。充放電サイクルによる容量低下の原因調査と、さらにその特性向上に取組んだ。

Liquid-phase Shaking (LS) is a method for preparing sulfide solid electrolytes by extracting raw materials from organic solvents. During the synthesis of solid electrolyte by LS method, the reinforcing material of electrolyte membrane was added to Li 7P2S8I (LPSI)/Li 7P2S8I complex. The complex was prepared by adding Li 7P2S8I/Li 7P2S8I to LPSI solid electrolyte. LPSI electrolyte SiO2 film thickness of 40~50μm and heat treatment temperature optimization As a result, heat treatment at 150℃ resulted in the highest room temperature conductivity of 0.23 mS/cm. Desorption solvent and LiI crystallization are important factors in achieving low loss and high conductivity. In addition, LPSI has a high conductivity of Li 7P3S11/ SiO2. XRD results show that SiO2 impurities are formed due to the addition of SiO2, and very high conductivity is achieved at room temperature of 0.8mS/cm. Li7P3S11/ SiO2 is a new type of metal electrode with high stability. On the one hand, the construction of all-solid-state battery includes electrode active material Ni1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC111), heat treatment temperature of 150 ° C, preparation of LPSI/SiO2 electrolyte, trial operation of all-solid-state battery and initial confirmation of battery operation. Investigation on the causes of low capacity in China