イオン伝導経路を電気化学的に形成する全固体電池用電極材料の探索

寻找以电化学方式形成离子传导路径的全固态电池电极材料

基本信息

批准号：
21K05243
负责人：
猪石篤
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu 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

前年度までに、MgH2、Mg(BH4)2、ハロゲン化マグネシウムといったマグネシウム化合物を負極活物質とした全固体リチウムイオン電池において、電極合材中に固体電解質を含有させなくても充放電が可能な「固体電解質その場形成電極」となることを見出している。これらの活物質では、リチウムイオンを挿入することによって生成するLiHやLiBH4、LiCl等の存在によりイオン伝導経路が電気化学的に形成される。また、それが充放電で可逆的に生成、消失する。特にLiHの場合は高いイオン伝導性は示さないにも関わらず優れた電気化学特性を示すことが分かっており、イオン伝導のみが重要な因子ではないと考えられる。本研究では種々の電極活物質に関して電解質のその場形成による充放電を比較検討することで、利用率やレート特性を向上させる要因を解明することを目的とする。本年度は、前年度に新たな負極として見出したMgCl2へのリチウム挿入脱離過程の酸化還元機構の解明を行った。Mg K吸収端領域およびCl K吸収端領域のXAFSを測定し、MgCl2からMgとLiClが生成し、またそれが可逆的に戻ることが明らかとなった。また、各種の「固体電解質その場形成電極」を比較する中で、イオン伝導性よりも電子伝導性が電池特性に大きな影響を及ぼすことが示唆された。また、電池ペレットを切断し、その断面をXPSによって評価し、リチウムイオンがどのように分布しているかについても分析を開始し、評価できる目途がたった。

到前一年，使用MgH2、Mg(BH4)2、卤化镁等镁化合物作为负极活性物质的全固态锂离子电池，无需在电极中使用固体电解质即可进行充放电人们发现这种材料可以用作“固体电解质原位电极”。在这些活性材料中，由于嵌入锂离子而产生的LiH、LiBH4、LiCl等的存在，以电化学方式形成离子传导路径。而且，它是通过充电和放电可逆地产生和消除的。特别是，尽管 LiH 不表现出高离子电导率，但它仍表现出优异的电化学性能，这表明离子传导并不是唯一的重要因素。本研究的目的是通过比较和检查通过原位形成电解质的各种电极活性材料的充电和放电，阐明提高利用率和倍率特性的因素。今年，我们阐明了MgCl2中锂嵌入和脱附过程的氧化还原机制，MgCl2是前一年发现的一种新型负极。 Mg K 吸收端区域和 Cl K 吸收端区域的 XAFS 测量表明，Mg 和 LiCl 由 MgCl2 生成，并且它们可逆地返回。此外，在比较各种“原位形成的固体电解质电极”时，有人提出电子电导率对电池特性的影响比离子电导率更大。他们还开始切割电池颗粒并使用 XPS 评估其横截面，以分析锂离子的分布情况，现在有望对其进行评估。