Fabrication for Oxide-based All-solid-state Batteries at Low Temperature and Short Processing Time Using Cold Sintering

利用冷烧结在低温和短加工时间内制造氧化物基全固态电池

基本信息

批准号：
22K18793
负责人：
稲田亮史
金额：
$ 4.16万
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：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，コールドシンタリング（Cold Sintering, CS）法の酸化物全固体電池の低温・高速作製プロセスとしての可能性を探求し，加熱温度200～300℃，数10分程度の短時間での電極－固体電解質積層一括成型の実現に挑戦する。初年度は，固体電解質単体にCS法を適用し高密度成型を行い，得られた成型試料の構造解析とイオン伝導特性評価に注力した。固体電解質材料として，通常焼結体で室温下で10-4 S/cm以上のイオン伝導率を示すLi1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)を用いた。比較のために，850℃での高温焼結で作製した試料は、92%の相対密度と0.25 mS/cmの室温伝導率を示した。CS法での成型を行う際に，最初に粉末と脱イオン水を重量比2:1で混錬した後，400MPaの一軸加圧下で200℃でCSを行ったが，成型試料は強度が低く十分に固化しなかった。対策として，事前に200℃, 400MPaで仮成型（相対密度60～70%程度）を行った後，脱イオン水を添加して真空含侵させてから400MPaの一軸加圧下で200℃でCSを行った結果，強度の高い成型体が作製できた。CS後に相対密度は最大で80%程度に向上しており，走査電子顕微鏡観察の結果，CS時に生成した析出物がLAGP粒子間に確認された。X線回折の結果からも，微量の異相由来のピークが検出され，これにより粒子間接合が達成されていると考えられる。インピーダンス測定により，CS法で成型した試料のイオン伝導率を評価した結果，通常焼結体には及ばないが，室温下で0.05～0.08 mS/cmの伝導率を得た。また，CS時に使用する溶媒をエタノールに変更した結果，CS後に生成する異相量を減少しつつ，成型密度が向上することを見出した。

在这项研究中，我们探讨了全稳态的氧化物电池的低温烧结（CS）作为低温的高速制造工艺，我们将挑战自己，在短时间内的200-300°C，大约十分钟的时间内，在短时间内，在短时间内进行电极 - 固定电解质堆栈的散装成型。在第一年，我们将CS方法应用于单独的固体电解质以执行高密度成型，并专注于所获得的模制样品的结构分析和离子传导特性。作为固体电解质材料，使用通常烧结的LI1.5AL0.5GE1.5（PO4）3（LAGP），在室温下显示出10-4 s/cm或更多的离子电导率。为了进行比较，在850°C下通过高温烧结制备的样品显示相对密度为92％，室温电导率为0.25 ms/cm。当使用CS方法成型时，首先以2：1的重量揉捏粉末和去离子水，然后在400MPa的单轴压力下在200°C下进行CS，但模制样品的强度较低，并且没有足够固体。作为对策，我们在200°C和400MPA提前进行了临时成型（约60-70％的相对密度），然后将去离子水添加到真空中，然后在400MPA的单轴压力下在200°C下进行CS，导致高度发展的成型机体。 CS后，相对密度增加到约80％，并且扫描电子显微镜的结果表明，在LAGP颗粒之间观察到在CS期间形成的沉淀物。 X射线衍射的结果还表明，检测到来自不同阶段的痕量峰值，并且相信通过此实现了颗粒间连接。通过阻抗测量评估了使用CS方法模制的样品的离子电导率，尽管它不如烧结的身体好，但在室温从0.05至0.08 ms/cm处获得。此外，由于将CS期间使用的溶剂更改为乙醇，发现成型密度得到了提高，同时减少了CS后产生的异物相量。