Fabrication of atomically controlled interfaces with extremely low interfacial resistance in all-solid-state Li batteries

全固态锂电池中界面电阻极低的原子控制界面的制造

基本信息

批准号：
21K05256
负责人：
西尾和記
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
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

エピタキシャル薄膜モデル電極を活用した全固体Li電池を作製することで、硫化物固体電解質と電極間の界面抵抗起源を定量的に探索する研究を行ってきた。本研究で、Li3PS4硫化物固体電解質とLiCoO2(001)正極間の界面抵抗は化学反応層の形成が起源であることを明らかにし、その高い界面抵抗(3.5x10^5 Ohm cm^2)はLi3PO4緩衝層を導入することで2,800倍低減し、電池動作できることを達成した。さらに、緩衝層としてLiNbO3を選択し、その電気伝導性に着目して電池特性との相関を定量的に調べた。そして、緩衝層の電気伝導性が高まるに従い電池性能は劣化する傾向を示した。得られた結果から、高性能な緩衝層を設計するうえで固体物理の視点に基づく重要な指針を得ることができた。さらに、5 V級正極のLiNi0.5Mn1.5O4に着目し、Li3PS4固体電解質との界面抵抗を定量評価したところ、LiCoO2同様にLi3PO4緩衝層を導入することで界面抵抗を低減して電池動作に成功した。その結果、LiNi0.5Mn1.5O4正極の場合、高速充放電(電流密度>30 mAcm^-2)を安定化させるために、負極側のLi金属-Li3PS4固体電解質間の界面に緩衝層を導入する必要性を見出した。

我们一直在进行研究，通过使用外延薄膜模型电极制造全固态锂电池，定量探索硫化物固体电解质与电极之间界面电阻的根源。在这项研究中，我们发现Li3PS4硫化物固体电解质和LiCoO2(001)正极之间的界面电阻源于化学反应层的形成，而高界面电阻（3.5x10^5 Ohm cm^2）是由于Li3PO4通过引入缓冲层，减少了2,800倍，使得在电池上运行成为可能。此外，我们选择LiNbO3作为缓冲层，定量研究其与电池特性的相关性，重点关注其电导率。此外，随着缓冲层的电导率增加，电池性能趋于劣化。从获得的结果中，我们能够从固态物理的角度获得设计高性能缓冲层时的重要指导。此外，我们以5V级正极LiNi0.5Mn1.5O4为中心，定量评估了其与Li3PS4固体电解质的界面电阻。与LiCoO2一样，通过引入Li3PO4缓冲层，我们能够降低界面电阻，并成功操作电池。因此，在LiNi0.5Mn1.5O4正极的情况下，负极侧的Li金属和Li3PS4固体电解质之间的界面处引入了缓冲层，以稳定快速充放电（电流密度>30 mAcm^- 2）我看到了需要。

项目成果

期刊论文数量（86）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Unravelling the Fast Li-ion Conduction Mechanism in a Succinonitrile-Based Molecular Crystal: A Molecular Dynamics Study

揭示丁二腈基分子晶体中的快速锂离子传导机制：分子动力学研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sasaki Ryoma;Moriya Makoto;Watanabe Yuki;Nishio Kazunori;Hitosugi Taro;Tateyama Yoshitaka
通讯作者：
Tateyama Yoshitaka

分子動力学法による Li{N(SO2F)2}(NCCH2CH2CN)2有機結晶電解質の高速リチウムイオン伝導機構の解明

利用分子动力学方法阐明Li{N(SO2F)2}(NCCH2CH2CN)2有机结晶电解质中锂离子快速传导机制

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
佐々木遼馬;守谷誠;渡邊佑紀;西尾和記;一杉太郎;館山佳尚
通讯作者：
館山佳尚

5 V級全固体Li電池における負極－硫化物固体電解質間の界面修飾による界面抵抗低減

通过修饰5V级全固态锂电池负极与硫化物固体电解质之间的界面来降低界面电阻

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
大井あすか;西尾和記;枝村紅依;武田祐希;小林成;中山亮;清水亮太;一杉太郎
通讯作者：
一杉太郎

Quantitative Investigation of the Resistances at the Interfaces of Sulfide Electrolytes and Positive Electrodes

硫化物电解质与正极界面电阻的定量研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazunori Nishio;Daisuke Imazeki;Kosuke Kurushima;Yuki Takeda;Ryo Nakayama;Ryota Shimizu;Taro Hitosugi
通讯作者：
Taro Hitosugi

Selective fabrication of Ca2NH and CaNH epitaxial thin films using reactive magnetron sputtering

使用反应磁控溅射选择性制备 Ca2NH 和 CaNH 外延薄膜

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Muguruma Kyohei;Imai Kyosuke;Pradipta Ambara R;Tanaka Katsunori;Seoungmin Chon; Ryota Shimizu; Yuki Sugisawa; Shigeru Kobayashi; Kazunori Nishio; Markus Wilde; Daiichiro Sekiba; Katsuyuki Fukutani; Taro Hitosugi
通讯作者：
Seoungmin Chon; Ryota Shimizu; Yuki Sugisawa; Shigeru Kobayashi; Kazunori Nishio; Markus Wilde; Daiichiro Sekiba; Katsuyuki Fukutani; Taro Hitosugi