遷移金属硫化物におけるナトリウム含有型活物質モデルの新規構築

过渡金属硫化物含钠活性材料模型的新构建

基本信息

批准号：
20J23722
负责人：
奈須滉
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度までの検討で、高容量で長期サイクル可能な電正極活物質としてNa2FeS2を開発した。本年度では、電池全体の特性向上のボトルネックとなっている、活物質―固体電解質界面の特性向上の取り組みを行なった。一般的な固体電解質としては、イオン伝導度が高いNa3PS4が利用されているが、負極側界面で厚い界面反応相を形成し、電池性能が劣化することが報告されている。一方で、Na3BS3を利用した場合に、界面反応相の生成を抑制し、電池性能が劣化しづらいことを報告してきた。ここから本年度は、界面反応相の電子およびイオン伝導度が劣化要因を決定づけると考え、その組成を制御することが負極活物質との安定な界面形成を可能な固体電解質の設計に有効であることを明らかにした。具体的には、13~15 族の典型元素 M を中心とする固体電解質NaxMS4において、ナトリウム金属の溶解・析出反応の可逆性について評価し、その界面安定性の原因について解析をした。界面反応相において、Na2S に加えてナトリウムとの化合物Na-Mを生成する場合に、Na-Mの電子・イオン伝導性によって、界面反応の促進と界面の電荷移動の阻害が生じることを明らかにした。ここから、中心元素の選定によってNa-Mを生成しない元素(B, Al, Si)を利用することで、安定な界面設計が可能であることがわかった。特に、Na4SiS4 ガラス電解質が、高い界面安定性を示し、3×10-5 S cm-1 の高いイオン伝導度を示すことから、還元耐性の高い有望な固体電解質であることを見出した。また、Na4SiS4 ガラスを負極側固体電解質として利用した全固体ナトリウム電池では、室温で1C 以上の高速な充放電が可能であることを明らかにした。以上から、全固体ナトリウム電池の高性能化に向けて、活物質の探索とその最適化に向けた取り組みにおいて進捗をもたらせた。

考虑到直到去年，我们将NA2FES2开发为长期可环的电阳性活性材料。今年，我们实施了改善活性材料固体电解质界面的性能的努力，这已成为改善整个电池特性的瓶颈。作为典型的固体电解质，使用具有高离子电导率的Na3PS4，但据报道，在负电极侧的界面上形成了厚的界面反应阶段，从而导致电池性能恶化。另一方面，使用NA3BS3时，据报道，界面反应阶段的形成被抑制，电池性能很难恶化。从今年开始，我们澄清说，界面反应阶段的电子和离子电导率决定了劣化背后的因素，并且控制组合物有效地设计了可以用负电极活性材料形成稳定界面的固体电解质。具体而言，在固体电解质Naxms4中，以13-15组的典型元素M为中心，评估了金属溶解和沉淀反应的可逆性，并分析了其界面稳定性的原因。据表明，当Na-M在界面反应阶段除Na2以外还产生Na-M时，Na-M的电子离子电导率会促进界面反应并抑制界面处的电荷转移。从中，可以通过利用不会通过选择中心元素来生成Na-M的元素（b，al，si）来实现稳定的界面设计。特别是，NA4SIS4玻璃电解质表现出高界面稳定性，高离子电导率为3×10 -5 s cm -1，因此被发现是具有高还原性的有希望的固体电解质。还发现，在使用NA4SIS4玻璃作为阳极侧的固体钠电池中，可以在室温下高速充电和1C排放。从上面的角度来看，在寻找活性材料和优化时取得了进展，以提高全稳态钠电池的性能。

项目成果

期刊论文数量（21）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ナトリウムイオン伝導性Na3BS3ガラス電解質の作製と評価

钠离子导电Na3BS3玻璃电解质的制备及性能评价

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
辻史香;奈須滉;作田敦;辰巳砂昌弘;林晃敏
通讯作者：
林晃敏

Hard Carbon–Sulfide Solid Electrolyte Interface in All-Solid-State Sodium Batteries

全固态钠电池中的硬碳-硫化物固体电解质界面

DOI：
10.5796/electrochemistry.23-00009
发表时间：
2023
期刊：
Electrochemistry
影响因子：
2.5
作者：
YOSHIDA Wataru;NASU Akira;MOTOHASHI Kota;TATSUMISAGO Masahiro;SAKUDA Atsushi;HAYASHI Akitoshi
通讯作者：
HAYASHI Akitoshi

還元安定性を有する硫化物電解質とハードカーボン負極を用いた全固体ナトリウム電池の作製

使用还原稳定硫化物电解质和硬碳负极制备全固态钠电池

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
松山樹立;北沢優悟;岩渕望; 松本旺樹;山本桐也;前島健作;大島研郎;難波成任;山次康幸;吉田　航・奈須　滉・作田　敦・辰巳砂昌弘・林　晃敏
通讯作者：
吉田　航・奈須　滉・作田　敦・辰巳砂昌弘・林　晃敏

全固体ナトリウム電池における鉄系活物質Na2FeS2の充放電時の構造変化

全固态钠电池中铁基活性材料Na2FeS2充放电过程中的结构变化

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Teppei Yamaguchi;Kento Uchida and Shinichi Shirakawa;奈須滉・作田敦・辰巳砂昌弘・林晃敏
通讯作者：
奈須滉・作田敦・辰巳砂昌弘・林晃敏

熱分解法で作製した非晶質MoS3の構造と全固体ナトリウム二次電池における電極特性評価

热解法制备非晶MoS3的结构及全固态钠二次电池电极特性评价

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yutaro Yamada;Kento Uchida;Shota Saito and Shinichi Shirakawa;原田麻衣;城田岳・奈須滉・出口三奈子・作田敦・辰巳砂昌弘・林晃敏
通讯作者：
城田岳・奈須滉・出口三奈子・作田敦・辰巳砂昌弘・林晃敏