Development of all-solid-state thin-film secondary batteries and high energy density cathode materials for all-solid-state lithium secondary batteries

全固态薄膜二次电池及全固态锂二次电池高能量密度正极材料的开发

基本信息

批准号：
21K05226
负责人：
田港聡
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Mie University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでに見出した「蓄電池の全固体化による正極反応の可逆性とサイクル安定性向上」に基づき，反応性の高い有機電解液との副反応で分解するため使用が見送られてきた，LiCoO2正極の高電圧動作時におけるLi+脱挿入反応に着目して，可逆的かつ安定な高エネルギー密度正極反応を検討する．高電位側に電位窓が広く化学的に安定なリン酸塩電解質と全固体モデル薄膜電池を構築して，正極反応と構造を評価する．2022年度においては，前年度作製することに成功した全固体薄膜電池について，電気化学特性を評価した．薄膜固体電池を3.0－4.2 Vの電圧範囲でサイクルさせた際の充電容量，放電容量，クーロン効率を有機電解液を用いた液系電池と比較した．液系電池では初期数サイクルで充電・放電容量がともに急激に低下した．一方固体電池においては，100サイクルまで容量低下がほとんど見られなかった．またクーロン効率においては，100サイクルまでの平均が固体電池では98.3％であることに対し，液系電池では100サイクル後に約80％まで減少しており，固体電池の方が充放電反応の高い可逆性を示すことを明らかにした．更に，上限電圧を4.6，4.8 VとしてLiCoO2薄膜の電気化学特性を評価した．4.6，4.8 Vいずれの上限電圧で動作させた場合でも，液系電池と比べて固体電池が優れた可逆性とサイクル安定性を示すことが明らかになった．特に4.6 Vの電圧範囲においては，固体電池は初回サイクルから容量低下を示すことなく，極めて安定な充放電反応を示した．以上の検討から，固体電解質を用いた電池が高電圧・高容量動作条件においても高い可逆性とサイクル安定性を示すことを見出した．今後は実施計画に基づき，液系電池と比べて優れた特性を示した固体電池について，高電圧・高容量動作条件におけるLiCoO2正極の構造を明らかにする．

基于先前发现的“正电极反应的可逆性和通过充分巩固储能电池的改善，我们将考虑可逆且稳定的高能量密度阳性电极反应，重点是Li+ Deinsertion在Li+ Deinsertage反应的LICOO2阳性电极的高压操作中，该反应已被延伸到副反应中，该反应已被延伸到副反应中。构建了一个化学稳定的磷酸电解质，在高电位侧和全稳态薄膜电池上具有宽大的电势窗口，以评估正极反应和结构。在2022财年，评估了上一年成功生产的所有固态薄膜电池的电化学性能。当将薄膜固态电池循环在3.0-4.2 V的电压范围内与使用有机电解质的液体电池进行比较时，充电容量，放电能力和库仑效率。在液体电池中，在最初的几个周期中，充电和排放能力都突然降低。另一方面，在固态电池中，几乎没有可容纳100个周期的容量。此外，就库仑效率而言，固态电池的平均值为98.3％，而对于液体电池，它在100个周期后降至约80％，表明固态电池表现出更高的电荷和放电反应的可逆性。此外，评估了Licoo2薄膜的电化学性能，上极限电压为4.6和4.8V。已显示，与液态电池相比，固态电池具有优越的可逆性和循环稳定性，即使在没有电压的上限为4.6或4.8 V范围内，也表现出4.6 V的电压，即使在4.6 V的上限上，稳定的电压也表现出了4.6 V的稳定性。从第一个周期开始。从上述研究中，发现使用固体电解质的电池即使在高压和高容量工作条件下也表现出高可逆性和循环稳定性。将来，根据实施计划，我们将阐明在高压和高容量的固态电池操作条件下Licoo2正电极的结构，与液态电池相比，这些电池具有较高的特性。