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学的角度获得设计高性能缓冲层的重要指南。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）

Improving ultra-fast charging performance and durability of all solid state thin film Li-NMC battery-on-chip systems by in situ TEM lamella analysis

通过原位 TEM 薄片分析提高全固态薄膜 Li-NMC 片上电池系统的超快速充电性能和耐用性

DOI：
10.1016/j.apmt.2021.101282
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Leon Romano Br;t; Kazunori Nishio; Enrico Salvati; Kevin P. Simon; Chrysanthi Papadaki; Taro Hitosugi; Ale;er M. Korsunsky
通讯作者：
er M. Korsunsky

Electrochemically stable interface of Li(FSA)(SN)2 molecular crystal solid electrolyte and 5 V-class LiNi0.5Mn1.5O4 positive electrode

Li(FSA)(SN)2分子晶体固体电解质与5V级LiNi0.5Mn1.5O4正极电化学稳定界面