Chemical engineering approach to control of electrode-electrolyte junction interface of all solid state lithium battery

全固态锂电池电极-电解质连接界面的化学工程控制方法

基本信息

批准号：
20H02501
负责人：
谷口泉
金额：
$ 11.4万
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 (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、申請者がこれまで行ってきたリン酸コバルトリチウム(LiCoPO4)の研究成果を基盤にLi2CoP2O7の合成の検討を行った。具体的には、マイクロ空間を用いたセラミックス微粒子の合成法の一つである噴霧熱分解法を用いて雰囲気ガス，合成温度、および原料塩を変えて行った。更に、合成した試料を空気雰囲気と窒素ガス雰囲気で、焼成温度を変えて二次焼成を行った。合成した試料の結晶相の同定、粒子の表面および内部構造は、それぞれXRD、SEM、TEMにより行った。試料の比表面積および細孔径分布は、窒素ガスの吸脱着よりBET法とBJH法によりそれぞれ求めた。さらに、合成した試料を正極活物質として、負極に金属リチウム、電解液としては有機電解液を用いハーフセル(コインセル)を作製し、充放電サイクル試験を行った。その結果、原料塩として硝酸コバルトとリン酸二水素リチウムを用い、これらを目的物質の量論比で蒸留水に溶解させた原料溶液から，噴霧熱分解温度600℃で合成した試料を，その後窒素雰囲気で600℃，4時間焼成することで目的物質を合成できることを明らかにした。さらに、この試料を正極活物質としてハーフセルを作製し、充放電サイクル試験を行ったが、5 mAh g-1の初期放電容量しか得られなかった。そこで、噴霧熱分解で得られた試料を、遊星ボールミルで粉砕しアセチレンブラックと混合し、その後600℃で、4時間窒素雰囲気で焼成した。その結果、初期放電容量は60 mAh g-1まで、増加した。この結果より、本合成プロセスにより得られたLi2CoP2O7が全固体リチウムイオン二次電池用の新規高電位正極材料の一つの候補として有望であることを明らかにすることができた。

今年，我们根据申请人迄今为止进行的磷酸钴锂（LiCoPO4）的研究成果，研究了Li2CoP2O7的合成。具体而言，使用作为利用微空间合成陶瓷微粒的方法之一的喷雾热解法，改变气氛气体、合成温度、原料盐。此外，将合成的样品在空气气氛和氮气气氛中以不同的烧成温度进行二次烧成。分别使用 XRD、SEM 和 TEM 对合成样品的晶相、颗粒表面和内部结构进行鉴定。分别通过氮气吸附和脱附的BET法和BJH法测定样品的比表面积和孔径分布。此外，使用合成的样品作为正极活性物质、金属锂作为负极、有机电解质作为电解质来制作半电池(纽扣电池)，并进行充放电循环试验。结果，使用硝酸钴和磷酸二氢锂作为原料盐，由将它们以目标物质的化学计量比溶解于蒸馏水中的原料溶液在喷雾热分解温度600℃下合成样品，然后使用氮气进行合成，可知通过在600℃的气氛中烧成4小时可以合成目标物质。另外，使用该样品作为正极活性物质制作半电池，进行充放电循环试验，但初次放电容量仅为5mAh g-1。因此，将喷雾热解获得的样品在行星式球磨机中研磨，与乙炔黑混合，然后在氮气气氛中在600℃下煅烧4小时。结果，首次放电容量增加至60mAh g-1。这些结果表明，通过该合成过程获得的Li2CoP2O7是全固态锂离子二次电池的新型高电位正极材料的有希望的候选者。