コア－シェル型多孔質シリコン負極の酸化物系全固体リチウムイオン電池への応用

核壳型多孔硅负极在氧化物基全固态锂离子电池中的应用

基本信息

批准号：
21J14403
负责人：
奥野亮太
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Nara Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

有機電解液を無機固体電解質に置き換えた全固体リチウムイオン電池は、その高い安全性と信頼性から、電気自動車やスマートグリッド向け大型電源への展開が期待されている。また、これまでの研究から、そうしたエネルギー需要を満たす負極材料として、多孔質シリコン粒子が優れたサイクル特性を示すことを見いだしている。その一方で、これまで採用してきた硫化物系固体電解質は、大気中の水分と反応し硫化水素を発生させるというプロセス上の欠点を有している。本研究は、大気雰囲気下でも安定な酸化物系固体電解質と多孔質シリコン粒子を複合化することにより、プロセス安定性とサイクル特性に優れた全固体リチウムイオン電池の開発を目的とする。本年度は、成形性の向上を目的として、低融点イオン伝導体であるLi2OHBrを添加した酸化物系固体電解質（Li7La3Zr2O12：LLZ）の低温焼結に取り組んだ。まず、遊星型ボールミルを使用することにより、常温でのイオン伝導度が1.1×10-6 S/cmのLi2OHBrを作製した。つぎに、5wt％から50wt％のLi2OHBr添加量を有するLLZ-Li2OHBr複合体を作製した。電気化学特性を評価した結果、Li2OHBr：35wt％でイオン伝導度は最大値6.4×10-5 S/cmを示すことが分かった。ここで、LLZ単体の断面SEM像には多くの空隙が存在したが、LLZ-Li2OHBr複合体ではLLZ粒子間にLi2OHBrが侵入し空隙は観測されなかった。以上の実験結果は、低融点材料と複合化することにより、常温加圧のみで酸化物系固体電解質を緻密化できることを示唆している。

全固锂离子电池已用无机固体电解质代替有机电解质，由于其高安全性和可靠性，预计将部署在电动汽车和智能电网的大型电源中。此外，先前的研究发现，多孔硅颗粒具有出色的循环特性，就像满足这种能量需求的负电极材料一样。另一方面，迄今为止已采用的基于硫化物的固体电解质在与大气中的水分反应以产生硫化氢的过程中具有不利影响。这项研究旨在通过将基于氧化物的固体固体电解质和多孔硅颗粒结合起来，即使在大气大气中也是稳定的，旨在开发具有出色工艺稳定性和循环特性的全纤维锂离子电池。今年，我们从事基于氧化物的固体电解质（LI7LA3ZR2O12：LLZ）的低温烧结，目的是改善可可性。首先，通过使用行星球厂，在室温下制备了离子电导率为1.1×10-6 s/cm的Li2OHBR。接下来，准备了LI2OHBR添加量为5 wt％至50 wt％的LLZ-LI2OHBR复合物。评估了电化学性能，发现在35 wt％LI2OHBR时，最大离子电导率为6.4×10-5 s/cm。在这里，尽管单独的LLZ的横截面SEM图像中存在许多空隙，但在LLZ-LI2OHBR复合物中，LI2OHBR在LLZ颗粒之间渗透到LLZ颗粒之间，并且没有观察到没有空隙。上述实验结果表明，通过与低熔点材料结合使用，只有室温才能致密氧化物固体电解质。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Microscopic observation of nanoporous Si-Li3PS4 interface in composite anodes with stable cyclability

DOI：
10.1016/j.elecom.2021.107100
发表时间：
2021-07-31
期刊：
ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS
影响因子：
5.4
作者：
Okuno, Ryota;Yamamoto, Mari;Takahashi, Masanari
通讯作者：
Takahashi, Masanari

硫化物系全固体電池負極としての多孔質Siナノファイバーの作製

硫化物基全固态电池负极多孔硅纳米纤维的制备

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yuya Mikawa;Mineaki Aizawa;Kotaro Mori;Masatoshi Toyama;Shoji Sonoda;髙津美佳，奥野亮太，山本真理，加藤敦隆，高橋雅也
通讯作者：
髙津美佳，奥野亮太，山本真理，加藤敦隆，高橋雅也