全固体電池の実用化にむけた耐湿性硫化物系電解質の開発

开发用于全固态电池实用化的耐湿硫化物电解质

基本信息

批准号：
20J23724
负责人：
木村拓哉
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23724/
关键词：
リチウムイオン伝導体硫化物大気曝露大気暴露窒化物

项目摘要

本年度は，大気曝露in-situ XRD測定が可能な装置を用いて，硫化物電解質の大気曝露による結晶構造変化について評価・解析を行った．また，水溶液を介した硫化物電解質Li4SnS4の合成を行った．Li3PS4に代表される硫化物電解質は大気中の水分と反応し構造が変化することが知られている．また，リンのほかにも様々な中心元素を用いた硫化物電解質が報告され，大気曝露時の挙動評価も一部の組成ではなされている．しかしながら，曝露条件が異なるなど系統的な知見を得るには至っていない．そこで本年度は，中心元素Mとしてアルミニウム，ガリウム，インジウム，ケイ素，ゲルマニウム，スズ，リン，ヒ素，アンチモンを含む硫化物電解質LixMS4をメカノケミカル法により作製し，露点－8℃環境下における大気曝露in-situ X線回折（XRD）測定により曝露挙動を評価した．曝露後サンプルのXRDパターンより，曝露後の構造は中心元素の族に依存する傾向にあることがわかった．曝露後真空乾燥したサンプルについては中心元素毎に構造が異なることが明らかになった．また前年度の検討により，Li4SnS4電解質は大気に曝した際に硫化水素の発生を伴わず水和物を形成することがわかっている．この水和物形成について得られた知見を活かし，水溶液を介したLi4SnS4電解質の合成について検討を行った．出発原料として硫化リチウムと硫黄，金属スズを用い，イオン交換水中で攪拌することで反応させた．また，スズ原料としてスズの価数が異なる2種の硫化スズを用いて検討した．金属スズや2価の硫化スズを用いた場合，わずかに不純物が残るもののLi4SnS4が得られることがわかった．一方，4価の硫化スズを用いた場合はほとんど反応が進行しなかった．このことから，適切な出発原料を用いることにより，Li4SnS4の水溶液合成が可能であることが明らかになった．

今年，我们使用能够进行原位 XRD 测量的设备评估和分析了硫化物电解质因暴露于大气而导致的晶体结构的变化。我们还通过水溶液合成了硫化物电解质Li4SnS4。众所周知，Li3PS4 等硫化物电解质会与大气中的水分发生反应并改变其结构。此外，已经报道了使用除磷之外的各种中心元素的硫化物电解质，并且已经评估了一些组合物在暴露于大气中时的行为。然而，尚未获得系统的发现，例如暴露条件的差异。因此，今年，我们采用机械化学方法制备了含有铝、镓、铟、硅、锗、锡、磷、砷和锑作为中心元素M的硫化物电解质LixMS4，并将其暴露在大气环境中。使用原位 X 射线衍射 (XRD) 测量来评估露点为 -8℃ 的暴露行为。曝光样品的 XRD 图表明，曝光后的结构往往取决于中心元素的基团。结果表明，暴露后真空干燥的样品的结构对于每个中心元件是不同的。此外，去年进行的研究表明，Li4SnS4电解质暴露在大气中时会形成水合物，但不会产生硫化氢。利用有关水合物形成的知识，我们研究了通过水溶液合成 Li4SnS4 电解质。使用硫化锂、硫和金属锡作为起始原料，通过在离子交换水中搅拌来进行反应。另外，使用两种不同锡价的硫化锡作为锡原料。研究发现，当使用金属锡或二价锡硫化物时，可以获得Li4SnS4，但仍残留一些杂质。另一方面，当使用四价硫化锡时，反应几乎不进行。这些结果表明，通过使用适当的起始材料，Li4SnS4 的水溶液合成是可能的。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Crystalline precursor derived from Li3PS4 and ethylenediamine for ionic conductors

由 Li3PS4 和乙二胺衍生的用于离子导体的结晶前体

DOI：
10.1007/s10971-022-05824-x
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.5
作者：
Kimura Takuya;Ito Akane;Nakano Takumi;Hotehama Chie;Kowada Hiroe;Sakuda Atsushi;Tatsumisago Masahiro;Hayashi Akitoshi
通讯作者：
Hayashi Akitoshi

金属Snを用いたLi4SnS4電解質の液相合成

使用金属 Sn 的液相合成 Li4SnS4 电解质